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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y ESTABILIZACIÓN DEL

TALUD SUR DEL POZO DISIPADOR DEL ALIVIADERO DEL

PROYECTO TOCOMA, EDO. BOLÍVAR

Trabajo especial de Grado Presentado ante la ilustre

Universidad Central de Venezuela para optar al Título de Ingeniero Geólogo

Por el Br. Evengerd L. Carpio C.

Caracas, noviembre 2005

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y ESTABILIZACIÓN DEL

TALUD SUR DEL POZO DISIPADOR DEL ALIVIADERO DEL

PROYECTO TOCOMA, EDO. BOLÍVAR TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Marcelo Antonini Bova

TUTOR ACADEMICO: Prof. Víctor León Madrid

COTUTOR ACADEMICO: Prof. Valdemar Andrade Pereira

Trabajo especial de Grado Presentado ante la ilustre

Universidad Central de Venezuela para optar al Título de Ingeniero Geólogo

Por el Br. Evengerd L. Carpio C.

Caracas, noviembre 2005

Este trabajo es especialmente dedicado a Dios y La Virgen Chiquinquirá por

permitirme realizar parte de mis metas personales, siendo esta es una de ellas.

Especialmente a mis padres Evelyn y Gerardo por darme la vida, y a mi

hermanita Raquel.

A mis abuelos Nelly, Ángel, Belén y Efraín.

Evengerd.

CARPIO, E. Agradecimientos ______________________________________________________________________

AGRADECIMIENTOS

Mis más sinceros agradecimientos son:

A mi grandiosa Universidad Central de Venezuela y la Escuela de Geología,

Minas y Geofísica por formarme como profesional y enseñarme aspectos necesarios

para la vida.

A CVG Electrificación del Caroní EDELCA por brindarme el privilegio de

trabajar en sus instalaciones.

Inmensamente al Ing. Marcello Antonini por su colaboración, apoyo

desinteresado con este trabajo y ser parte de mi formación como persona y profesional.

Al Ing. Feliciano De Santis por “venderme” la geotecnia y apoyarme en los

momentos críticos que este proyecto atravesó, mil gracias.

Al Ing. Víctor León por enseñarme lo importante que es un tutor en el momento

más inesperado.

Al Ing. Valdemar Andrade por su puntual y sincera colaboración en este trabajo.

A los ingenieros Juan Carlos Fernández, Gabriel Martínez, Alejandro Suárez,

Héctor Beltrán, Alfredo Zamora, Rafael De Lima, a los Geólogos Carmelo Gamero y

Lucio Aray, y a los Srs. José Dorante y Marino Milano por su valioso aporte personal y

profesional.

A mis segundos papas: Víctor Duque y Gabriel Camacho por darme esa

fortaleza personal y estar brindando, siempre, apoyo moral en mis bajas.

Al Ing. Guillermo Domínguez por su inmenso apoyo durante toda mi carrera en

la UCV

CARPIO, E. Agradecimientos ______________________________________________________________________ A la Sra. Maria Virginia Valenzuela por compartir conmigo esa dura etapa de

convivir con una persona que jamás en la vida esperarías que se convirtiera en uno de

tus mejores aliados y apoyo.

A mis padres que nunca me han dejado decaer ni de apoyar, no solo con este

proyecto sino con todos los proyectos de vida que se me han planteado, y se que

siempre estarán para mi.

A mi hermana bella que no se como lo hace pero me da una fuerza

impresionante para seguir adelante.

A Andrea Andrade quien me apoyó con lo que ella pudo y con lo que no

también.

A la Lic. Vicenza Bottaro por estar siempre allí dándome lo mejor de sus

consejos.

Al Tsunami, quienes son unas personas realmente espectaculares y creo que

jamás encontraré gente tan sincera, amable como lo son... Gracias Compadres.

A la Sra. Carmen de Herrera por brindarme esa energía positiva de seguir

adelante.

A Fátima Dos Santos por enseñarme que la vida tiene muchos aspectos de vista

y siempre el mejor es el que a uno le guste.

A Milly Nunes por darme la fortaleza necesaria e indispensable para enfrentar la

vida sin .. cuenta conmigo.

Carpio C. Evengerd L.

CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y ESTABILIZACIÓN DEL TALUD SUR DEL POZO DISIPADOR DEL ALIVIADERO DEL

PROYECTO TOCOMA, EDO. BOLÍVAR

Tutores: Víctor León Madrid, Valdemar Andrade Pereira y Marcello Antonini Bova. Tesis. Caracas, U.C.V Facultad de Ingeniería. Escuela de Geología, Minas y

Geofísica. Año 2005.

Palabras claves: Macizo Guayanés, Geotecnia, Clasificación Geomecánica, Cohesión.

Resumen Motivado a la construcción del cuarto aprovechamiento hidroeléctrico de la cuenca del bajo Caroní, se hace indispensable un completo estudio geológico-geotécnico con el objeto de determinar las mejores condiciones que valgan de fundación para los macrocomponentes del Proyecto Tocoma, significando el estudio a detalle del macizo rocoso expuesto antes y después de las voladuras y excavaciones que a este tipo de obra concierne. El aliviadero de un proyecto hidroeléctrico es una de las macroestructuras más importante de esta obra, y por lo tanto lleva consigo una serie de excavaciones y previsiones al momento de entrada en operación el componente. Especialmente en el caso del río Caroní, en el que se manejan importantes caudales, los estudios realizados por el Departamento de Hidráulica de CVG Edelca, recomiendan la excavación de un pozo disipador de energía, el cual generará cuatro taludes, cuyas geometrías fueron determinadas mediante un modelo tridimensional.

El talud más cercano a la estructura del aliviadero es el que reviste mayor importancia, porque soportará las mayores solicitaciones, consecuencia de las cargas que se generan aguas arribas, y porque su deterioro comprometería la estructura. Por ello es necesario un análisis de estabilidad tomando en cuenta los factores anteriormente mencionados, sin olvidar, que luego del inicio del desvío por los ductos de fondo del aliviadero, será muy difícil realizar algún trabajo de reparación debido al efecto del embalse de Caruachi, que mantendrá el pozo bajo unos 25 metros de agua. Para los cálculos de estabilidad se utilizan métodos mundialmente conocidos para caracterización de macizos y estabilidad de taludes en zonas tropicales.

Los cálculos del factor de seguridad arrojados por los métodos de estabilidad indican un tratamiento de prevención previo a la inundación de la zona de estudio para el talud sur del pozo disipador utilizando anclajes activos. En lo que respecta al talud este y oeste se recomienda una reexcavación con la finalidad de extraer los bloques que presentan un alto riesgo, de manera de impedir el efecto de trituración sobre el talud sur.

CARPIO, E. Índice ______________________________________________________________________

INDICE

Página

CAPITULO I: INTRODUCCIÓN…………………………………………………

1

1. Introducción ................................……………………………………………..…. 1.1 Objetivos .......................…………………………………………………...…

1.1.1 Objetivo General…………………………………………………….… 1.1.2 Objetivos Específicos …………………………………………………. 1.2 Antecedentes ..........………………………………………………………….. 1.3 Alcance y Limitaciones………….....…………………………………….….

14455

10

CAPITULO II: GENERALIDADES………………………………………………

11

2.1 Localización del Proyecto Tocoma………………….....………………..….. 2.2 Acceso……………………………………………………………………….. 2.3 Localización del área de estudio………….…………………………………. 2.4 Descripción del Proyecto…………….....…………………………………… 2.4.1 Macrocomponentes ………………………..…………………………. 2.4.1.1 El Aliviadero …………...……………………………………... 2.5 Clima……......……………………………………………………………….. 2.5.1 Precipitación…………………………………………………………… 2.5.2 Evaporación……………………………………………………………. 2.5.3 Temperatura……………………………………………………………. 2.5.4 Viento………….......…………………………………………………... 2.6 Vegetación…………………………………………………………………... 2.7 Aspectos Geoeconómicos………………………………………………….... 2.8 Consideraciones sísmicas…..……………………………………………….. 2.9 Impacto Ambiental………………..………………………………………..... 2.9.1 Medidas Ambientales…………………………………………………..

11111212131318181919191921222223

CAPITULO III: METODOLOGIA...…………………………………………….. 3.1 Trabajo de Campo .................................................………………………….. 3.1.1 Materiales empleados ...............……….......………………………….. 3.1.2 Recolección de datos..……………......……………………………….. 3.1.3 Mapas Geológicos y Topográficos…….......………………………….. 3.2 Trabajo de Laboratorio..……………………………………………………… 3.2.1 Descripción de secciones finas .....…………………………………….

25

252525262626

CARPIO, E. Índice ______________________________________________________________________ CAPITULO IV: MARCO GEOLOGICO.........………………………...………... 4.1 Contexto Geológico Regional…..………………………………………….... 4.1.1 Provincia Geológica de Imataca ………………....…………………….. 4.1.1.1 Descripción Litológica ......…………………………………..… 4.1.1.2 Metamorfismo....………………………………………………. 4.1.2 Geología Estructural.…….............................………………………….. 4.1.3 Fallas........................…………………………………………………… 4.1.3.1 Falla de El Pao..………………………………………………... 4.1.3.2 Falla de Guri......................……………………………………... 4.1.3.3 Falla de Río Claro...............…………………………………….. 4.1.3.4 Relaciones entre las Fallas Guri y El Pao….......……………….. 4.1.4 Relaciones entre el plegamiento y el fallamiento.……………………… 4.2 Geología Local………………………………………….................…………. 4.2.1 Geomorfología..........................................................……………………. 4.2.2 Estructuras Geológicas .............................................…………………… 4.2.3 Relaciones entre las estructuras y el diaclasamiento.........……………… 4.2.4 Litología.................................................................................................... 4.2.5 Materiales para la construcción.................................................................

28

2828293132333434353536363638404344

CAPITULO V: MARCO TEÓRICO…………………………………………….. 5.1 Caracterización del diaclasamiento del macizo rocoso...…………………….. 5.1.1 Orientación de discontinuidades.……………………………………….. 5.1.2 Espaciamiento…….…………………………………………………….. 5.1.3 Persistencia………….....……………………………………………….. 5.1.4 Rugosidad….…………………………………………………………… 5.1.5 Grado de meteorización del macizo rocoso…....………………………. 5.1.6 Abertura (separación)………………………………………………….. 5.1.7 Relleno………....………………………………………………………. 5.1.8 Flujo…....………………………………………………………………. 5.1.9 Número de familias ..…………………………………………………... 5.2 Falta de seguridad y errores en la medición del diaclasamiento.........……….. 5.2.1 Errores en las mediciones……………………………………………… 5.3 Clasificación de Bieniawski – Clasificación Geomecánica (RMR).................. 5.4 Aplicaciones de la clasificación de Bieniawski a los Taludes - Clasificación

SMR……………………………………………………………………………… 5.5 Métodos de tratamiento sugeridos por la clasificación SMR............................ 5.5.1 Refuerzos…….…………………………………………………………. 5.5.2 Hormigón….……………………………………………………………. 5.6 Validez de la clasificación SMR………..…………………………................ 5.7 Limitaciones de las clasificaciones geomecánicas....………………………… 5.8 Recomendaciones para la estimación del SMR en el campo…………..……. 5.8.1 Elección del afloramiento……………………………………………… 5.8.2 Resistencia de la roca (Resistencia a la compresión uniaxial)…..…….. 5.8.3 RQD…….………………………………………………………………. 5.8.4 Espaciamiento de las diaclasas…….…………………………………… 5.8.5 Rugosidad……………………..………………………………………… 5.8.6 Abertura y Persistencia….....……………………………………………

46

46464748495051515152535455

58646568697172727273757576

CARPIO, E. Índice ______________________________________________________________________ 5.9 Estabilidad de Taludes con el uso de proyecciones hemisféricas…..……….. 5.9.1 Análisis de Falla Planar….……………………………………………... 5.9.2 Análisis de la estabilidad en taludes rocosos considerando rotura planar 3.9.2.1 Desarrollo Analítico …………………………………………… 5.10 Definición de Términos Básicos………………..………………………….. 5.10.1 Angulo de fricción interna…………………………………………. 5.10.2 Cohesión…………………………………………………………… 5.10.3 Concreto Proyectado…………….………………………………… 5.10.4 Macizo Rocoso……………….…………………………………….. 5.10.5 Presa……………………………………………………………….. 5.10.6 Roca Fresca (RF)…………………………………………………... 5.10.7 Roca Meteorizada (RM)…………..………………………………… 5.10.8 Roca Descompuesta (RD)……………………..…………………….

76768084888989898989909090

CAPITULO VI: ASPECTOS GEOTECNICOS DE LOS TALUDES………… 6.1 Descripción de los taludes…………………………………………………… 6.1.1 Talud Sur ubicado entre el talud este, el talud oeste y de frente al talud norte..………………………………………………………………………………… 6.1.1.1 Morfología del talud:………………………………. 6.1.1.2 Litología: …………….....…………………………………….. 6.1.1.3 Discontinuidades ……………………………………………. 6.1.2 Talud Oeste ubicado entre el talud Sur, el talud Norte y de frente al talud Este..…………………………………………………………………………… 6.1.2.1 Morfología del talud:………………………………. 6.1.2.2 Litología: …………….....…………………………………….. 6.1.2.3 Discontinuidades ……………………………………………. 6.1.3 Talud Este ubicado entre el talud Sur, el talud Norte y de frente al talud Oeste….....…………………………………………………………………………… 6.1.3.1 Morfología del talud:………………………………. 6.1.3.2 Litología: …………….....…………………………………….. 6.1.3.3 Discontinuidades ……………………………………………. 6.2 Clasificación geomecánica de los taludes

9193 93939394

95969696

97989899

100

CAPITULO VII: CALCULO DE ESTALBILIDAD DE TALUDES………….. 106 7.1 Cálculo de estabilidad de taludes utilizando el método del Ing. Roberto Ucar . 7.1.1 Cálculo de estabilidad del talud sur del pozo disipador del aliviadero… 7.1.2 Cálculo de estabilidad del talud oeste del pozo disipador del aliviadero 7.1.3 Cálculo de estabilidad del talud este del pozo disipador del aliviadero 7.2 Cálculo de estabilidad de taludes utilizando el método propuesto por el Prof. Jaime Suárez Díaz………………………………………………………………….. 7.2.1 Cálculo de estabilidad del talud sur del pozo disipador del aliviadero…. 7.2.2 Cálculo de estabilidad del talud oeste del pozo disipador del aliviadero.. 7.2.3 Cálculo de estabilidad del talud este del pozo disipador del aliviadero… 7.2 Cálculo de estabilidad de taludes utilizado por la Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador …………………………………………………………………..

107107109111

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CARPIO, E. Índice ______________________________________________________________________ 7.2.1 Cálculo de estabilidad del talud sur del pozo disipador del aliviadero…. 7.2.2 Cálculo de estabilidad del talud oeste del pozo disipador del aliviadero.. 7.2.3 Cálculo de estabilidad del talud este del pozo disipador del aliviadero…

116116118

CAPITULO VIII: ANALISIS DE RESULTADOS…………………..………….. 120 8.1 Caracterización geológica por medio de perforaciones………………………. 8.2 Clasificación geomecánica de los taludes…………………………………….. 8.3 Análisis de estabilidad de taludes…………………………………………….

8.1.1 Talud sur del pozo disipador de energía del aliviadero……………….. 8.1.2 Talud oeste del pozo disipador de energía del aliviadero……………… 8.1.3 Talud este del pozo disipador de energía del aliviadero……………….

120127131132133134

CAPITULO IX: CONCLUSIONES Y RECOMENACIONES…….…………..

139

9.1 Conclusiones…………………………………………………………………. 9.1.1 Geológicas………………………………..……………………………..

9.1.2 Geomecánicas………………………………………………………… 9.2 Recomendaciones……………………………………………………………

139 139 140 141

CAPITULO X: BIBLIOGRAFÍA…………………….……………….…………..

142

CAPITULO XI: ANEXOS………………….……………….…………................. Anexo N°1................................................................................................................ Estudio Petrográfico..................................................................................................

145 145 145

LISTA DE ANEXOS

2 LEVANTAMIENTO GEOLÓGICO PROYECTO TOCOMA ESC. 1:1000 3 MAPA GEOLÓGICO PROYECTO TOCOMA. ESC: 1:10000 4 PERFIL GEOLÓGICO DEL TALUD SUR ESC:1:

CARPIO, E. Introducción ______________________________________________________________________

1

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1 Introducción

El Proyecto Tocoma, es el cuarto aprovechamiento hidroeléctrico de la cuenca del bajo

Caroní, ejecutado por la Corporación Venezolana de Guayana, Electrificación del

Caroní C.A. (CVG-EDELCA), se encuentra ubicado aproximadamente a 18 Km. aguas

abajo de la Central Hidroeléctrica Raúl Leoni (Guri), entre los municipios Heres y Piar

en el Estado Bolívar. Su entrada en operación al máximo de su capacidad está

programada para el año 2.013, con una capacidad de generación de 2.160 MW.

Se trata de un proyecto que constará de 5,6 kilómetros de presas de materiales sueltos y

660 metros de estructuras de concreto, para la retención de un embalse de 8700

hectáreas aproximadamente. Para su construcción se requieren 7 kilómetros de diques

temporales llamados ataguías, con alturas de hasta 30 metros.

Para los proyectos de presas, se hace indispensable el estudio de las fundaciones tanto

en suelo como material rocoso, con el objeto de determinar las mejores ubicaciones para

los elementos necesarios de la obra, es decir los macrocomponetes de un proyecto

hidroeléctrico. Esto significa que, el macizo rocoso expuesto debe ser estudiado a

detalle para garantizar la seguridad de las estructuras que se construirán en la zona.

Adicionalmente, los taludes que forman parte de las excavaciones deben ser analizados

en lo que respecta a diaclasas, fallas, geología, estabilidad del macizo, además de otros


2

aspectos. Estos estudios preceden a las excavaciones, usando métodos no invasivos

inicialmente y luego mediante perforaciones exploratorias con recuperación te testigos.

Durante el avance de las excavaciones, generalmente se descubre el tope de roca por lo

que se hace necesario el estudio de todos aquellos bloques o macizos que presenten

problemas de estabilidad, para determinar la conveniencia de ser estabilizados o

removidos con la maquinaria adecuada. En algunos casos, después de retirado el

material de cobertura se debe restituir dicha zona con concreto para satisfacer

requerimientos hidráulicos y estructurales. Antes de este proceso, se desarrolla una fase

de consolidación mediante inyecciones de lechada de cemento en la fundación, para

obtener la solidez tanto de la base así como la reducción de la permeabilidad secundaria

del macizo rocoso. Los taludes podrán incluso ser anclados, dependiendo de su estado

de fracturamiento y de su posterior condición de exposición.

El Proyecto Tocoma tiene como una de sus principales estructuras la del Aliviadero, el

cual tendrá una longitud de 175,86 m., será de superficie; del tipo de cresta baja con

cimacio de perfil Creager, con una capacidad máxima de descarga de 28.750 m3/s. El

flujo será controlado por medio de nueve compuertas radiales de 15,24 m. de largo por

22,15 m. de alto. Posee además dieciocho (18) ductos en la parte inferior de 5,50 m. x

9,00 m., para el desvío durante la construcción de caudales de hasta 14.000 m3/s.

Tan pronto se finalice la estructura de concreto para el aliviadero, se procederá al desvío

del río por los ductos de fondo, para así continuar con la etapa final de construcción. Por

tal motivo, los taludes cercanos a la estructura tienen que ser tratados previamente para

garantizar su estabilidad a largo plazo y, determinar la remoción de los bloques que

tengan riesgo de ser movidos por el agua, pudiendo dañar guías y sellos de compuertas


3

y tapones de los ductos de fondo. Si estos desprendimientos ocurrieran, hacia aguas

abajo pudieran modificar el funcionamiento del pozo disipador, quedando afectados por

las altas velocidades del agua produciendo daños por impacto a los taludes excavados y

a la estructura misma debido al efecto de la recirculación que dominará el patrón de

flujo en la zona.

En el Proyecto Tocoma, el talud sur del pozo disipador del aliviadero, que es el objetivo

principal de estudio de está tesis, está compuesto por roca gnéisica granítica con alto

grado de variación del estado de meteorización, presentando contactos de roca

descompuesta intercalada con roca fresca a veces sana. Esta condición se debe a que la

zona elegida para la construcción está ubicada en uno de los canales naturales del cauce

del Río Caroní, y asimismo está reciamente afectada por la cercanía de la Falla EL Pao,

la cual posee rumbo N 70° E, que cizalló a groso modo un espacio de 7 Km. de ancho

aguas arriba del sitio de las obras. El agua que se infiltró a través de las fracturas

subterráneas, meteorizó y descompuso parte del macizo, y por tal motivo las rocas

presentan grandes zonas de descomposición, entre bloques de rocas frescas.

Los afloramientos de la zona están cubiertos geológicamente por el Complejo Imataca,

el cual está representado en su mayoría por gneises cuarzofeldespáticos, anfibolíticos y

graníticos de colores grises y rosados, granito porfídico rosado y charnockitas con

intercalaciones ocasionales de anfibolitas piroxénicas. Los procesos de migmatización

se encuentran comúnmente en el área de estudio.


4

El estudio está desarrollado de la siguiente manera:

La primera parte está constituida por la caracterización geológica de los

afloramientos expuestos después de las excavaciones y voladuras, realización de

perfiles de la zona y del talud sur del pozo disipador del aliviadero, mostrando las

condiciones físicas de la roca, bloques con problemas de estabilidad, infiltración de

agua y fracturamiento.

La segunda parte comprende el análisis de secciones delgadas para la obtención

detallada de la mineralogía y clasificación de las rocas.

La tercera parte está compuesta por la aplicación del método de estabilización de

taludes por falla planar en roca, tomando en cuenta los efectos de la mayor fuerza

hidráulica a la cual va a estar sometido el talud sur, durante la realización del segundo

desvío del Río Caroní y posterior operación definitiva

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo General

• Caracterización Geológica y Estructural del sitio de ubicación del Aliviadero del

Proyecto Tocoma. Como foco del trabajo de investigación se evaluará la

estabilidad del Talud Sur del Pozo Disipador de dimensiones 130 metros de

ancho x 50 de largo x 12 de profundidad, aplicando el método de estabilización

de taludes por falla planar en el talud, excavado con pendiente 0,75H:1V,

tomando en cuenta las fuerzas teóricas actuantes sobre dicho talud, una vez

entrada en funcionamiento la obra.


5

• 1.1.2 Objetivos Específicos

• Caracterización geológica del macizo rocoso en el talud sur del pozo disipador

del aliviadero.

• Caracterización de las rocas que están expuestas luego de las excavaciones y

voladuras, para obtener un patrón geológico del área, corroborándo las

perforaciones con recuperación de núcleo ya realizadas.

• Aplicación del método de estabilización de taludes por falla planar en roca, para

el talud sur del pozo disipador del aliviadero, tomando en cuenta las fuerzas a las

que estará sometido dicho talud luego de entrada en funcionamiento la obra.

• Evaluación de los taludes este y oeste del pozo disipador del aliviadero del

Proyecto Tocoma para realizar un análisis de afectación sobre el talud sur.

• Estudio analítico de afectación cuando el agua incida directamente sobre el talud

sur del pozo disipador.

1.2 Antecedentes de la Investigación: En el Complejo Imataca y el área del Proyecto Tocoma se han realizado diversos

estudios tanto geológicos como hidráulicos y geotécnicos. La zona elegida para la

ubicación de los macrocomponentes requirió de estudios geológicos para determinar las

características y condiciones de la roca, y obtener la mejor ubicación para la fundación

de las estructuras.


6

Newhouse y Zuloaga (1.929), describen por primera vez a la Serie Imataca, como una

unidad expuesta en la serranía de Imataca conformada principalmente por hierro.

Zuloaga (1.930) indica que, la zona está compuesta por rocas sedimentarias, que

aparentemente era un depósito litoral aún notando la ausencia de la estratificación

cruzada, típica de este tipo de depósito.

Zuloaga y Tello (1.939), proponen el cambio de nombre por el de Formación Imataca,

mostrando la posibilidad de que en algunos casos la capa sedimentaria descanse sobre

los gneises del Complejo Arcaico, pero haciendo alegato a que una intrusión ígnea hizo

desvanecer el contacto.

Bucher (1.952), muestra las cuarcitas ferruginosas, o la llamada formación de hierro de

Imataca, como un miembro metamórfico perteneciente al complejo metamórfico

ubicado entre El Pao y las riberas del Río Orinoco.

Morrison (1.953) plantea el nombre de Grupo Imataca, con la finalidad de introducir las

siguientes unidades formacionales: cuarcitas ferruginosas, mármol dolomítico, esquistos

hornbléndicos y paragneis.

Bellizia, y Martín Bellizia (1.956), con la finalidad de abarcar toda la secuencia de rocas

metamórficas de alto grado, incluyendo las cuarcitas ferruginosas, la redefinen como

Serie Imataca.


7

Chase (1.965), considera que “la complejidad de la estructura, hace improbable que se

logre la determinación de una sucesión inequívoca de formaciones dentro del conjunto”,

describiéndolo, en el cuadrilátero Adjuntas – Panamá, como “una secuencia

estratigráfica de gneises intensamente metamorfizados, con intercalaciones de granito”,

introduciendo el nombre de Complejo de Imataca.

Ratmiroff (1.965), en la Cuadrilátero de Upata, instituye que el Complejo “está

constituido por la alternancia, con espesor mínimo de 4,5 Km. de gneises máficos y

félsicos, formaciones de hierro menores, cuerpos de granito y gneises grafíticos”.

Kalliokoski (1.965 a, b) conceptualiza el complejo mostrando sus características más

predominantes, tales como: “la presencia de estratos de formación de hierro, en una

secuencia compuesta predominantemente de gneises cuarzo-feldespáticos, con algunos

miembros hornabléndicos o piroxénicos; el grado de metamorfismo, que varía desde el

de la anfibolita, hasta el de granulita piroxénica, y la naturaleza compleja de las

estructuras”.

Dougan (1.972), en la zona de Los Indios – El Pilar, anota que el complejo “es una

secuencia estratificada de unos 5 Km. de espesor, compuesta principalmente de gneises

cuarzo-feldespáticos, con gneis máficos subordinados”, incluyendo en su estudio

geoquímico que “la secuencia original deducida de Imataca, es de Keewatin volcánico,

caracterizado por la presencia de formaciones de hierro ftaníticas delgadas, a menudo

menos de 1 m de espesor, que se intercalan con rocas volcánicas”


8

Hurley y otros (1.977) enfatizan, que el Complejo de Imataca posee rocas

metasediemtarias, charnokitas y granulitas, con formaciones de hierro intercaladas, que

posiblemente son más viejas que 3.000 m.a. y quizás tan antiguas como 3.400 m.a.

También expresan la existencia de cuerpos intrusivos y gneises, alegando edades

alrededor de los 2.700 m.a.

Ascanio (1.975, 1.981, 1.987), expresa que el complejo está compuesto por siete

bloques de roca, cada uno expandido fisiográficamente de forma individual, el cual se

adapta a la composición fisiográfica y al tipo de estructura. Los contactos entre bloques

están denotados por líneas ubicadas al pie de las montañas, o paralelos al cauce de

algunos ríos y quebradas. Cuando Hurley y otros (1.977), introduce las edades ya

determinadas en el mapa, observa que cuatro bloques de 3.000 m.a. son adyacentes o

están intercalados con los tres restantes de una edad aproximada de 2.700 m.a.

Tepedino (1.985-a, b), por medio de un estudio de caracterización geológica en la

cuenca del Río Caura, fija aproximadamente el límite occidental del Complejo de

Imataca hasta unos 15 Km. al este de Maripa, y hacia el sur, se extiende al este del Río

Caura, bordeando el Río Nichare, las cabeceras del Río Cucharo y el salto Pará de Río

Caura.

En el Departamento de Geología de CVG-EDELCA, se realizan constantes

actualizaciones con respecto a las perforaciones con recuperación de núcleo, en toda el

área donde estará ubicada la presa y sus componentes, para redactar informes detallados

sobre la condición de la roca en el subsuelo. Además de esto, también se plasman

informes de geología de superficie.


9

La zona de ubicación de la casa de máquinas y aliviadero, se basó en el estudio de datos

obtenidos por medio de perforaciones con recuperación de núcleo realizadas en el área.

Se caracterizó el macizo rocoso en lo que respecta al Índice de Calidad de Roca (RQD),

debido que a través de este método se puede obtener rápidamente la condición general

de la roca que se encuentra en el subsuelo (Departamento de Geología, 2000).

La estabilidad de taludes (Soninest Petit, 2002), fue un estudio para el área de Casa de

Máquinas y Aliviadero, aunque para el momento de dicha investigación, en los taludes

parcialmente excavados aún no se podían identificar plenamente las condiciones que

para la actual fecha se observan, y deben ser analizados nuevamente con detalle.

Un estudio puramente geológico para el Aliviadero (Departamento de Geología, 2004),

presentó las condiciones de la excavación para el mes de mayo, además de las secciones

reinterpretadas, mostrando las zonas de mayor problemática, tal como la zona

occidental del pozo disipador. Además, se propuso hacer nuevas perforaciones para

complementar la data geológica y mejorar los mapas de tope de roca fresca para el área.

Un aspecto que fue tomado en cuenta, es que en dicha investigación, se anexaron los

componentes que estarán fundados en la roca, es así como cada sección, aparte de la

geología local, posee información de las estructuras que va a soportar, y partiendo de

dichos datos se podrá mejorar el diseño y extensión superficial de los mismos, tomando

en cuenta, las condiciones del subsuelo.


10

Un estudio de los taludes rocosos del Aliviadero (Maylet Gil, 2004), se basó

principalmente en el estudio geológico del macizo rocoso, interpretando las secciones

previas del departamento.

1.3 Alcance y Limitaciones

Esta investigación se limita a analizar los taludes del pozo disipador del

aliviadero, tomando como principal al talud sur, y caracterización geológica por medio

de muestras tomadas en campo. El análisis de estabilidad podrá definir posibles

desprendimientos de bloques por falla tipo planar, tomando en cuenta el factor de

seguridad que amerita la obra en desarrollo.

La escasez de bibliografía especializada en la influencia del agua a altas velocidades

sobre macizos rocosos representa una gran limitación, y por ende la investigación se

torna más analítica.

CARPIO, E. Generalidades ______________________________________________________________________

11

CAPITULO II

GENERALIDADES

2.1 Localización del Proyecto Tocoma El Proyecto Hidroeléctrico Tocoma se ubica en el sector Sur-Oriental de Venezuela, al

Noreste del Estado Bolívar en las aguas del bajo Caroní cerca de la desembocadura de

Río Claro, unos 18 Km. aguas abajo de la Presa de Guri, y 40 Km. aguas arriba de la

Presa Caruachi (ver figura 2.1). Incluye parte de los municipios autónomos Heres, Raúl

Leoni, Piar y Caroní. El Proyecto geográficamente se encuentra localizado entre los

paralelos 7°21’53” y 8°11’00” latitud Norte y los meridianos 63°24’27” y 62°29’50”

longitud oeste.

2.2 Acceso El acceso al proyecto Tocoma, puede realizarse a través de la carretera Km. 70 – Guri

por la margen izquierda (primera fase de construcción del proyecto – excavaciones en

roca y movimientos de tierra) donde se construirá la presa de enrocamiento izquierda, y

se adelanta la excavación para la casa de máquinas y el aliviadero.


12

Figura 2.1 Ubicación relativa del Proyecto Tocoma. (Intranet Edelca. 2004)

2.3 Localización del área de estudio La excavación en el macizo rocoso para la construcción del aliviadero que está situado

entre las presas intermedia y de transición derecha; el flujo proveniente del aliviadero

tendrá un rumbo de N20°E, .La investigación hará especial énfasis en los taludes

excavados hasta la fecha de la culminación del trabajo de campo. Los taludes a estudiar

se dividen de la siguiente manera:

1. Taludes del pozo disipador:

• Talud Sur, de rumbo N 65° W, y de pendiente 0,75H/1V

• Talud Oeste, con rumbo N 20° E y pendiente 1H/10V

• Talud Este de rumbo N 20° E, de igual pendiente al anterior.

2.4 Descripción del Proyecto Las obras para controlar el embalse incluirán la construcción de un Aliviadero de

superficie con compuertas radiales y las Presas de cierre correspondientes. La Casa de


13

Máquinas y la Nave de Montaje serán del tipo integrado con la Estructura de Toma

(Intranet Edelca, 2004)

La ubicación de la Presa de Tierra y Enrocamiento derecha así como la de

Enrocamiento con Pantalla de Concreto izquierda, el Aliviadero y la Casa de Máquinas

obedece a la optimización del balance de materiales, las condiciones geológicas,

hidráulicas, topográficas y energéticas del proyecto. Una vez que se hayan ejecutado

todas las obras, se creará un embalse a la cota 127 m.s.n.m., inundando un área de 8.734

hectáreas (Intranet Edelca, op. cit)

2.4.1 Macrocomponentes

Los macrocomponentes de concreto que conforman el proyecto Tocoma son los

siguientes:

a) Presas Intermedia y de Transición Izquierda y Derecha;

b) Casa de máquinas integrada a la estructura de Toma, y Nave de Montaje;

c) Aliviadero, y

d) Obras Exteriores.

2.4.1.1 El Aliviadero: Posee una longitud de 175,86 metros con 9 monolitos,

cada uno formando un canal con una compuerta radial para alivio y 2 ductos de desvío

en su parte inferior, teniendo así un total de 18 ductos de fondo (ver corte en figura 2.2).

Los ductos son para el alivio temporal durante el segundo desvío y se sellarán con

concreto después del cerrado, mediante el uso de las compuertas. Esta estructura tendrá

un volumen de concreto de 250.000 m3.


14

El aliviadero se encuentra ubicado entre la presa intermedia y la presa de transición

derecha. Está diseñado para descargar el caudal máximo proveniente de Guri,

incluyendo los aportes intermedios, así como los caudales de desvío de hasta 14.000

m3/s durante las diferentes epatas de construcción.

Figura 2.2, Corte esquemático del aliviadero Presa Tocoma

(Intranet Edelca, 2004)

El aliviadero será de superficie, del tipo de cresta baja con cimacio tipo perfil Creager;

el flujo será controlado por medio de compuertas radiales y su capacidad de descarga

será de 28.750 m3/seg, alcanzando en esta condición, la cota máxima infrecuente del

embalse en la El. 127,50. Sin embargo, durante segunda etapa de desvío, el río se hace

pasar por los 18 ductos dejados en la parte inferior del aliviadero (Edelca, 2003).

La excavación para el aliviadero, posee varias zonas, divididas así según criterios

hidráulicos y/o ambientales (ver figura 2.3), tal como:

Compuerta Radial

Cota 127 m.s.n.m

Cota 77 m.s.n.m

Ducto de desvio


15

• Pozo disipador de energía: Zona localizada aguas abajo de la estructura de

concreto del aliviadero, allí se ubican los taludes en estudio motivo de esta

investigación. La función principal es disipar o minimizar la energía proveniente del río,

ya sea durante el segundo desvío, o durante las descargas del aliviadero, ya entrado en

operación. Esto con la finalidad de evitar la posible erosión regresiva en la base del

talud sur, que ponga en peligro la estabilidad del aliviadero. Su elevación final es 65,75

m.s.n.m (la más baja del aliviadero).

• Línea Base del aliviadero: Es una línea imaginaria de referencia, en cuyos

extremos se encuentran ubicados los puntos PR-7 y PR-8. A partir de esta línea se

construirá la estructura de concreto.

• Antecámara: Zona aguas arriba de la línea base, que tiene como función lograr la

correcta orientacion de las líneas de flujo a la estrada del aliviadero.

• Fosa o Trampa de sedimentos: Es una excavación realizada a la cota 66 m.s.n.m

con la finalidad de que en ella se depositen y queden retenidos los materiales arrastrados

por el río, especialmente durante el segundo desvío, ya sean provenientes del remanente

las ataguías removidas (usadas para desviar al río) o simplemente rocas arrastradas

desde aguas arriba.


16

Figura 2.3 Zonas del aliviadero Proyecto Tocoma a escala 1:2500

Talud Sur

Zona de Fundación Del Aliviadero

Talud Oeste

TaludEste

Talud Norte


17

Tabla 2.1 Resumen del Proyecto. (Intranet Edelca, 2004)

Estructura Parámetro Especificación Longitud 175,86 mTipo de Compuerta RadialNivel de la Cresta 106,30 m.s.n.mNúmero de Compuertas 9Tamaño de Compuertas (ancho x alto)

15,24 x 21,66 m

Capacidad Máxima 28.750 m3/segDuctos de Fondo (ancho x alto) 18 de 5,5 m x 9 m

Aliviadero

Volumen de concreto 250.000 m3

Longitud de la Cresta 1.835 mNivel de la Cresta 130,50 m.s.n.m

Presa de Tierra y

Enrocamiento Derecha Altura máxima desde la fundación 65 mLongitud de la cresta 3.760 mNivel de la cresta 130 m.s.n.mVolumen de roca 5 x 106 m3

Presa enrocamiento

izquierda con pantalla. Altura máxima desde la fundación 50 mTipo IntegradaLongitud 360 mN° de unidades 10

Casa de Máquinas y

Nave de Montaje N° de monolitos (+ Nave) 5 + 1Tipo GravedadElevación de la Cresta 130 m

Presas de concreto

Altura máxima desde la fundación 50 mNúmero 10Tipo KaplanCaída Nominal 34,65 m

Turbinas

Capacidad Nominal por unidad 216 MWNúmero 10Tipo Paraguas

Generadores

Capacidad Nominal por unidad 230 MVA


18

2.5 Clima Para el análisis de la caracterización geográfica del medio, se utilizaron los registros de

la estación Guri – Las Babas (Tabla N° 2.2). Esta se consideró como patrón ya que es la

estación pluviométrica representativa más cercana al área de estudio. Los registros se

corresponden a un período de registro desde julio de 1957 hasta 2001. Todos los valores

que se indicarán son valores promediados.

Tabla 2.2 Datos de la Estación Climatológica (Edelca, 2003)

Estación Latitud Longitud Altitud

m.s.n.m.

Las Babas 07°45’56” 63°02’53” 293

2.5.1 Precipitación

El régimen de precipitación está influenciado por diversos factores, siendo los

principales el desplazamiento periódico de la zona de convergencia intertropical

(ZCIT) y factores geográficos locales. (Edelca, 2003). En general, la distribución de la

precipitación en el área presenta un solo máximo en el año, que normalmente se localiza

en julio – agosto, y el mínimo en marzo. El valor anual máximo registrado es de 1220-

1300 mm, mientras que el promedio máximo mensual es 222 mm. (Edelca, 2003)


19

2.5.2 Evaporación

Anualmente la evaporación alcanza valores de 2614 mm (Estación Guri – Las Babas),

mientras que el máximo registrado mensual es de 272 mm en abril- y mínimo es 185 en

enero (Edelca, op.cit).

2.5.3 Temperatura:

La variación de este parámetro se caracteriza por ser bastante uniforme, como

consecuencia de la similitud en la duración del período diurno y nocturno, por la poca

variación del ángulo de la incidencia de los rayos solares, característica propia de las

latitudes bajas durante todo el año. La temperatura promedio anual es de 26,3°C, la

temperatura máxima media anual es 31°C, y la mínima media es 21,2°C.

2.5.4 Viento

La velocidad del viento en la zona tiene un promedio de 3,3 m/seg. Los máximos

valores de velocidad se registran en abril (4,1 m/seg) y el mínimo valor ocurre entre

Julio – Agosto (2,8 m/seg). La dirección prevaleciente del viento es E-SE entre los

meses de abril y noviembre, y E-NE entre los meses diciembre y abril.

2.6 Vegetación La vegetación que se desarrolla en el área de influencia directa e indirecta del proyecto

está determinada por las características ambientales (Suelo, relieve, topografía, régimen

y distribución de la precipitación), así como por los tipos de intervención humana,


20

confiriéndole nuevas diferencias en coberturas, alturas, y composiciones florísticas.

(Edelca, 2003).

Las condiciones del clima (precipitación de 1200-1300 mm anuales, y temperatura

promedio de 27 °C), determinan desde el punto de vista bio-climático que la vegetación

está representada por el Bosque Seco Tropical, según la clasificación de Holdridge. En

los alrededores de la Serranía Necuima, debido a su altura y cambio de condiciones

climáticas, se desarrolla un Bosque Seco Tropical en transición con un Bosque Húmedo

Premontano (Edelca, op. cit).

Figura 2.4 Vegetación predominante en Proyecto Tocoma (Visita Técnica, 2004)

En el área del Proyecto, la margen izquierda del Río Caroní, se caracteriza por presentar

en su mayor extensión sabana con elementos leñosos, los cuales mantienen altura entre

4 y 8 m y cobertura media, asociada a sabanas sin elementos leñosos y bosques de

galería con presencia ocasional de Palma Moriche (Mauritia Flexuosa); en otras áreas se

encuentran asociaciones con chaparrales o arbustales. En la margen derecha predominan

las Sabanas con elementos y cobertura de media a densa.


21

2.7 Aspectos Geoeconómicos. El potencial geoeconómico de la zona donde se construirá la presa, está asociado a la

existencia de mineral de hierro, así como también a los yacimientos de oro y diamante

aluvional, y con los depósitos de minerales no metálicos que se encuentran en la cuenca

tributaria de Tocoma.

El potencial de hierro localizado en el área de estudio se corresponde con las cuarcitas

ferruginosas de Imataca, ubicadas en el cerro María Luisa en la margen izquierda,

considerado por Ferrominera Orinoco como una reserva potencial para la continuidad

de explotación de mineral de hierro (Edelca, 2003).

Es de importancia recordar que los procesos de denudación de los Cinturones de Rocas

Verdes de la Provincia Geológica de Pastora (CRV-TTG) y el desmantelamiento de los

conglomerados basales del Grupo Roraima, aguas arriba del sitio de presa, hacen que

los sedimentos que encontramos en el bajo Caroní sean importantes yacimientos

auríferos y diamantíferos, en forma de depósitos aluviales.

Dichas áreas, por las cercanías de Ciudad Guayana y Ciudad Bolívar, son un factor de

presión para la explotación de oro y diamante. Esto ocasionó un crecimiento

desmesurado de la actividad minera de la zona, operarando en el bajo Caroní a un

promedio de 150 balsas para el año de 1994

En cuanto a los yacimientos no metálicos, básicamente constituidos por rocas graníticas,

arcilla, arena y grava, representan significativos volúmenes ubicados en la llanura

aluvial en la margen izquierda del Río Caroní. Esto es muy importante, ya que en dicha


22

zona los materiales mencionados tienen demanda considerable al momento de la

construcción de rellenos, y enrocamientos.

2.8 Consideraciones sísmicas Según el Dr. Clarence Allen el riesgo sísmico inducido por el llenado del embalse es

muy bajo, simplemente porque el reservorio será poco profundo y tendrá un volumen

relativamente pequeño. Además de esto, los efectos que tendrán en conjunto las presas

Tocoma y Caruachi sobre las presas extremas de Guri y Macagua, serán casi nulos por

causa de las distancias y las profundidades de dichas presas, especialmente si se

comparan con el embalse de Guri

2.9 Impacto Ambiental Además de analizar los aspectos positivos que tiene un proyecto sobre la sociedad, es

necesario que se estudie de forma extensiva, el impacto que puede tener sobre el

ambiente circundante donde se construirá la obra.

En el Proyecto Tocoma, los aspectos positivos considerados, son: mejoramiento de la

calidad del servicio de energía eléctrica, fuentes de empleo directo e indirecto,

renovación de la zona donde se construirá la presa, comunicación entre las márgenes del

río a través de la carretera de servicio, entre otros aspectos muy positivos.

Los aspectos negativos, pueden verse opacados en comparación a los beneficios (luego

de su entrada en operación), pero vale la pena mencionarlos. Los aspectos negativos,


23

mayormente ocurren durante la construcción, entre otros son: contaminación sonora,

contaminación de las aguas, del aire, deforestación, etc.

Existen, al momento de la ejecución de las obras, fuentes potenciales de generación de

contaminantes del ambiente, tales como: a) construcción de vías de acceso y apertura de

picas; b) movimiento de tierras asociado al uso de canteras y préstamos; c) movimiento

de tierras asociado a la excavación principal del aliviadero y casa de máquinas; d)

construcción de ataguías y Presas; e) preparación y vaciado de concreto para las

estructuras de casa de máquinas, presas y aliviadero; e) instalación de equipos y

compuertas.

2.9.1 Medidas Ambientales

Para la contratación de obras y su realización, Edelca ha contemplado la variable

ambiental como parte del diseño. Es por ello que se exige a los Contratistas el respeto

al paisaje natural y el uso racional de los recursos del área (Edelca, 2003). Entre las

consideraciones ambientales se tiene:

1. Ubicación de la mayoría de áreas de préstamo y canteras dentro del área de

inundación de la represa, de manera tal que una vez que esta alcance su nivel normal de

operación, dichas áreas se encuentren inundadas.

2. Se incluyó una trampa de sedimentos anterior al aliviadero

3. Se designaron áreas específicas de almacenamiento de materiales y desechos,

dentro del área de afectación del proyecto. Los desechos serán extraídos del área para su

disposición en sitios adecuados.


24

4. Edelca designó un sector fuera del área de inundación para la disposición de

material no peligroso como escombros, retazos de acero, maderas, material de embalaje

y materiales no aptos para los rellenos, cumpliendo así con el decreto 2216 de Normas

para el Manejo de Desechos Sólidos de origen doméstico, comercial, industrial o de

cualquier otra naturaleza que no sean peligrosos, según Gaceta Oficial N° 4418 ext. del

27/04/1992.

5. Edelca considera el uso de una parte importante del material forestal generado

por deforestación, en áreas a ser intervenidas, una vez sea autorizado por SEFORVEN.

CARPIO, E. Metodología ______________________________________________________________________

25

CAPITULO III

METODOLOGÍA

3.1. Trabajo de campo

3.1.1. Materiales empleados

Para el levantamiento geológico, se utilizaron los siguientes implementos: martillo

geológico, brújula con clinómetro, cinta métrica de 30 metros, tirro, lápices y

marcadores, libreta de campo, cámara fotográfica digital, sombrero y protector solar.

3.1.2. Recolección de datos

La técnica empleada para el levantamiento geológico, varió poco debido a las

necesidades de la empresa y la investigación. Para la caracterización geológica se

estudiaron los afloramientos de la estructura del pozo disipador y los expuestos por las

voladuras. Los afloramientos naturales fueron poco estudiados ya que su estado es

altamente meteorizado.

En la mayoría de los afloramientos se recolectó información constituida por:

• Ubicación del afloramiento en base al plano rector de la construcción de

la obra.

• La orientación y descripción de las estructuras de foliación, diaclasas y

posibles fallas que estén presentes.


26

• Composición litológica, siguiendo la topología de caracterización en

rocas metamórficas,

• Recolección de muestras de mano para lograr una litología más detallada.

• Fotografiado general de los afloramientos, tratando de mostrar todos los

elementos geológicos para facilitar la interpretación de los datos.

• Caracterización geomecánica del talud sur del pozo disipador utilizando

los lineamientos según el tipo de falla que corresponda al talud, que en

este caso es planar.

• Agrupación de las diaclasas en familias cuando son paralelas entre si, y

sistemas cuando sean distintos grupos de familias. También se pueden

catalogar según su persistencia y tamaño.

3.1.3. Mapas topográficos y geológicos

Los mapas que se utilizaron en esta investigación, son bases topográficas a las

siguientes escalas: 1:25.000, 1:10.000, 1:5.000 y 1:2.000, los cuales pertenecen a la base

topográfica de la División de Ingeniería Básica de CVG Edelca.

3.2 Trabajo de laboratorio

3.2.1 Descripción de secciones finas

En la descripción de una sección delgada no existe una metodología específica a seguir.

Sin embargo, en el área de petrografía ígneo metamórfica se pueden hacer algunas

recomendaciones para mejorar la calidad en esta actividad.


27

Pasos recomendados a seguir:

A) Observación general de la sección fina, identificando y anotando los minerales que

se hayan identificado con facilidad.

B) Se debe observar de nuevo la sección por un lapso no mayor de cinco minutos,

identificando y anotando esta vez los minerales de difícil reconocimiento, que

constituyan parte de los minerales mayoritarios de la roca.

C) Identificación de los minerales accesorios de la sección con ayuda de manuales de

mineralogía óptica y petrología.

D) Determinación del porcentaje que ocupa en la sección cada mineral con ayuda de la

tabla comparativa de apreciación visual. Este paso se recomienda en este momento

debido a que después que se ha observado una sección por un largo rato, la vista ya se

ha adaptado a la cantidad de minerales que se han reconocido, para así realizar

comparaciones más fácilmente.

E) Como paso final se realiza el recálculo de los porcentajes que definen los extremos

de los diferentes triángulos de clasificación.

CARPIO, E. Marco Geológico ______________________________________________________________________

28

CAPITULO IV

MARCO GEOLÓGICO

4.1 Contexto Geológico Regional

4.1.1 Provincia Geológica de Imataca

El Escudo Guayanés es posiblemente una extensión del Escudo Brasilero. Se expresa

que ambos escudos podrían representar un solo cuerpo separado por la cuenca del río

Amazonas.

La Guayana Venezolana, al Norte del paralelo 6°, se encuentra subdividida en cuatro

Provincias Geológicas que poseen composiciones litológicas diferentes en lo que

respecta a metalogénesis y tectónica, las cuales son: Imataca, Pastora, Cuchivero y

Roraima (Menéndez, 1968). El área de estudio se ubica dentro de la Provincia de

Imataca (Complejo de Imataca), término introducido por Chase en el año 1.965 debido a

su alta complejidad.

En sentido aplicado, el término Complejo de Imataca, designa la masa rocosa

metamorfizada y determinada por la presencia de formaciones de hierro intercaladas

con abundantes gneises cuarzo feldespáticos y capas de anfibolitas piroxénicas de

menor tamaño.

La Provincia de Imataca, se extiende en dirección SW-NE desde las proximidades del

Río Caura hasta el Delta del Orinoco y en dirección NW-SE desde el curso del Río

Orinoco hasta la falla de Guri, por unos 550 Km. y 80 Km. respectivamente. La

litología predominante se corresponde a: gneises graníticos y granulitas félsicas,


29

anfibolitas y granulitas máficas y ultramáficas, cantidades menores complementarias de

formaciones bandeadas de hierro, dolomitas, charnockitas, anortositas, y granitos

intrusivos más jóvenes y remanentes erosiónales de menos metamorfismo y más

jóvenes Cinturones de Rocas verdes - Asociación CRV-TTG, El Torno Real Corona

(Mendoza Vicente, 2000)

La presencia de formaciones de hierro intercaladas con abundantes gneises cuarzo

feldespáticos y capas anfibolíticas piroxénicas menores, caracterizan el Complejo

Imataca que previamente a ser metamorfizado era una secuencia sedimentaria plegada.

Las secuencias meta-sedimentarias han sido intrusionadas por plutones graníticos que

son más persistentes al oeste del Río Caroní, donde el grado de metamorfismo muestra

una disminución en el grado (tope de facie anfobolítica), al del este del río Caroní (facie

granulita).

4.1.1.1 Descripción Litológica: El Complejo de Imataca consiste en orden de

abundancia decreciente, de una secuencia de granulitas plagioclásicas – cuarzo –

piroxénicas, granulitas microclínicas – cuarzo plagioclásicas – piroxénicas, gneises

cuarzo – feldespático – cordierítico – granatífero – biotítico – silimanítico – grafítico y

formaciones de hierro, con las siguientes litologías secundarias: cuarcita ferruginosa,

caliza impura metamorfizada, roca rodonítica granatífera, roca cuarzo – granatífero –

grafítica y esquisto bronzítico – hornabléndico – biotítico. La secuencia está

intrusionada por cuerpos graníticos básicos. El Complejo se caracteriza por estructuras

anticlinales bien desarrolladas y estructuras sinclinales mal definidas, con rumbo este –

noreste. Hacia la porción occidental del Complejo, se desarrollan domos

equidimensionales, muchos de ellos orientados norte – sur (Pdvsa Intevep, 1997)


30

Las diferentes asociaciones litológicas de Imataca sugieren una sedimentación tipo

eugeosinclinal, en donde las rocas más abundantes del Complejo (gneis leucocráticos o

félsicos) representan a la sedimentación original de grauvacas en la cuenca, las rocas

máficas podrían representar flujos basálticos metamorfizados, las cuarcitas ferruginosas

y en general, las formaciones de hierro, pueden representar sedimentos químicos

metamorfizados (Ríos, 1972).

Eugeosinclinal, quiere decir, acumulaciones de rocas volcánicas y grauvacas, con facies

tipo plataforma, tales como carbonatos, lutitas, areniscas y arcosas solo como

componentes secundarios.

El conjunto de minerales presentes en el Complejo Imataca están caracterizados por los

siguientes:

Minerales cuarzo feldespáticos:

- Plagioclasa-cuarzo-hipersteno-clinopiroxeno-microclino-magnetita

(Granulitas plagioclásicas).

- Microclino-plagioclasa-cuarzo-clinopiroxeno-hipersteno-magnetita

(Granulitas microclínicas).

Minerales Máficos:

- Plagioclasa-clinopiroxeno-hipersteno-hornblenda-biotita-magnetita-ilmenita

(Granulitas máficas).

Minerales Ultramáficos:

- Ortopiroxeno-horblenda-biotita.

Formación de Hierro:

- Cuarzo-magnetita (hematita)-ortopiroxeno-clinopiroxeno.


31

Minerales pelíticos:

- Microclino-plagioclasa-cuarzo-cordierita-granate-biotita-silimanita-espinela-

grafito (gneis cordierítico-silimanítico).

Minerales Cálcicos:

- Cuarzo-anortita-granate-hedembergita (granulita anortítica-granatífera).

- Ferrosalita-anortita-granate-escapolita (granulita anortítica-granatífera).

Minerales Magnasíferos:

- Rodonita-granate

En los gneises del Complejo Imataca se han formado tantos pliegues alargados como

domos equidimensionales. Algunos pliegues están fuertemente volcados pero no

muestran un patrón regional consistente. El Complejo está por las fallas del El Pao y

Guri; la primera está asociada con una zona de gneis flaser y milonita de hasta 3 Km., y

la segunda con una zona de milonita de varios centenares de metros. A pesar de estas

diferencias en la anchura de las fajas cataclásticas, la falla de El Pao ha sido de menor

movimiento, pues desaparece resolviéndose en estructuras plegadas, como sucede con el

despliegue de la falla de Guri (Kallioskoski, 1965).

4.1.1.2 Metamorfismo: El metamorfismo de las Rocas de Imataca decrece desde la

Mina de Hierro el Pao, con granulitas de 2 piroxenos en charnockitas, anortositas y

granulitas máficas y hasta ultra máficas que sugieren temperaturas de 750 °C – 850 °C y

elevadas presiones de 8 a 8,5 Kbs, hacia la zona de Guri, con anfibolitas, granulitas y

migmatitas, rocas graníticas, con granate – sillimanita – cordierita, que implican

temperaturas de 650 – 700 °C y presiones de 4 a 7 Kbs (Mendoza Vicente, 2000)


32

Los principales eventos geológicos ocurridos en el Complejo Imataca fueron los

siguientes:

- Sedimentación de grauvacas y flujos basálticos en un ambiente sinclinal.

- Litologías menores, también intercaladas en las secuencias, fueron lutitas

calcáreas, lutitas carbonáseas y formaciones de hierro.

- Deformación y metamorfismo del conjunto bajo condiciones de P-T de la

facie granulítica, y metasomatismo parcial de las meta-grauvacas.

- El emplazamiento del material granítico debió producirse al final de los

eventos de la deformación.

- Emplazamiento de diques de diabasa.

4.1.2 Geología Estructural El complejo de Imataca se interpreta como el basamento sobre el cual se depositaron las

asociaciones Pastora – Carichapo y El Torno – Real Corona. Esta masa fue plegada

posteriormente como una sola unidad, como lo indican edades isotópicas similares y en

algunos sitios las rocas de Imataca se corrieron por fallamiento sobre los estratos más

jóvenes (Kalliokoski, 1965).

A grandes rasgos, el complejo no exhibe un patrón estructural sencillo y consistente. La

estructura de la parte central se encuentra bajo el fuerte control de la migmatita de

monzonita cuarcífera del Cerro La Ceiba. Las estructuras se desvían a su alrededor al

llegar a sus flancos norte y noreste a veces con rumbos casi normales a la dirección

regional del complejo. La migmatita misma es un alto estratigráfico que sobreyace a las

cuarcitas ferruginosas en los lados este y oeste. Hacia el este, el tren estructural es


33

paralelo con la dirección regional, mientras que hacia el oeste y el sur predominan una

serie de domos y pliegues algo abiertos (Kalliokoski, op. cit).

Las características estructurales dominantes en el Complejo de Imataca son anticlinales

alargados de doble declive, con rumbo aproximado N 70° E, de hasta 30 Km. de

longitud de nariz a nariz y anchura de hasta 6 Km. (Chase, 1965). En la figura 4.1 se

muestra la localización de las estructuras principales en Imataca cercanas al proyecto

Tocoma.

El patrón estructural de Imataca es bastante complicado debido a la presencia de

pliegues anticlinales alargados, con rumbo casi paralelo a la zona de la falla de Guri al

este del Río Caroní y pliegues con rumbo noroeste al oeste del mismo río.

4.1.3 Fallas

Dos fallas principales y varias fallas y sistemas de fallas menores cortan las rocas del

complejo de Imataca. De acuerdo a Kalliokoski (1965) las fallas de El Pao y Ciudad

Piar – Guri, así como también la falla de Río Claro son transcurrentes.


34

Figura 4.1 Pliegues y fallas principales del Complejo Imataca, entre las fallas de El Pao y Guri.

(Chase, 1965)

4.1.3.1 Falla de El Pao: La falla corta hacia el noreste a través del Complejo de Imataca,

se extiende en forma de valle pronunciado y con rasgo aeromagnético a lo largo de unos

140 Km. de distancia desde el Delta Amacuro casi hasta el Río Caroní (Kalliokoski,

1965). Ésta extensión de la falla también fue corroborada por Sosa (1977) en base a

observaciones fotogeológicas y a reconocimientos geológicos hechos en parte, a lo largo

de la zona de falla.

4.1.3.2 Falla de Guri: La falla sigue por una distancia de 90 Km. desde un punto cerca

de Guri, en el Río Caroní, hasta Santa María, aldea situada 17 Km. al sureste de Upata

(Short y Steenken, 1962). El rumbo de la falla es N 70° E. Kalliokoski (1965) pudo

seguir esta falla por otros 100 Km. desde Guri en dirección oeste suroeste y también en


35

dirección este noreste hasta un área situada bajo el Estado Delta Amacuro. La falla de

Guri parece representar a una falla transcurrente de ángulo alto, con movimiento

horizontal y con un posible movimiento vertical secundario (Chase, 1965)

4.1.3.3 Falla de Río Claro: Al sur del puente de Río Claro a lo largo de la carretera de

Ciudad Piar y a lo largo del ferrocarril unos kilómetros al este, la falla de Río Claro

aparece expresada por una anchura de unos 300 metros de roca triturada que incluye

milonita. Aunque dicha falla sea una posible extensión hacia el oeste de la falla El Pao,

Kalliokoski (1965) no pudo seguir la estructura de un lado al otro del río.

4.1.3.4 Relaciones entre las fallas Guri y El Pao: Las fallas de El Pao y Guri están

separadas por una distancia de aproximada de 20 Km., corren ligeramente oblicuas entre

sí y están enmarcadas por zonas de cizallamiento de anchura e intensidad comparable.

Si se interpretan las lineaciones en las milonitas Guri y el Pao, éstas indican que el

movimiento en la falla de Guri fue casi horizontal, es decir por deslizamiento de rumbo,

y casi vertical en la falla El Pao.

Según Chase (1965) ambas fallas se formaron en el mismo período, respondiendo al

mismo esfuerzo y son del mismo tipo, es decir, ambas son transcurrentes o ambas son

de deslizamiento de buzamiento. Las lineaciones existentes de las milonitas en las zonas

de fallas podrían ser simplemente resultado de los últimos movimientos en ellas, que

pueden no ser paralelos a los movimientos originales. Mendoza (2000) postula que la

falla de Guri actúa como falla inversa de ángulo alto en la parte continental (Imataca

sobre Pastora), y de tipo falla de transformación en la parte oceánica.


36

4.1.4 Relación entre el plegamiento y el fallamiento

De acuerdo a Kalliokoski (1965) las fallas desaparecen dentro de los pliegues en los

extremos occidentales de las fallas El Pao y Río Carapo. Esta situación probablemente

indica una orientación geométrica favorable de los pliegues con respecto de las fallas y

no implicaría necesariamente una edad similar de ambas estructuras.

Otra relación importante es la que se encuentra entre las direcciones este-oeste de las

fallas desplegadas y los rumbos de los pliegues, esto es, los pliegues de Tocoma son

paralelos a este rumbo este-oeste, como también algunos pliegues al sur de Upata,

quizás aquí si se presenta una condición genética de tal manera que en algunos lugares

las rocas efectivamente se han roto a lo largo de una falla y en otros sitios el

movimiento se ha disipado a través de los pliegues (Kalliokoski, op. cit).

4.2 Geología Local

4.2.1 Geomorfología

La Geomorfología tiene por objeto de estudio el relieve terrestre. Lo considera en

función de su génesis, morfología, edad, y de la dinámica de los procesos actuales

(Ruiz., González. 2002). Este es uno de los estudios primordiales previos al proceso de

construcción de cualquier obra de gran envergadura, como la Presa Tocoma. Con el

análisis geomorfológico, se pueden observar las estructuras principales y predominantes

de la zona, relacionar las formas del relieve con la geodinámica interna y externa, etc.

En el sitio de las obras del Proyecto Tocoma, el tramo del río se caracteriza por un lecho

rocoso de superficies llanas a cotas de 80 - 90 m.s.n.m, donde sobresale un conjunto de


37

islas cortadas por canales, de los cuales algunos alcanzan hasta 30 metros de

profundidad.

Estos canales en su mayoría están asociados con fallas geológicas (ver figura 4.4), otros

son canales formados por erosión mecánica, sin relación con fallas u otra estructura

geológica de origen tectónico (Edelca, 2003).

La margen izquierda del río está caracterizada por una morfología con ligeras

ondulaciones con colinas que alcanzan aproximadamente alturas máximas de 118

m.s.n.m. La margen derecha, por su parte, presenta elevaciones más destacadas dando

lugar a la formación de la Serranía de Terecay (Figura 4.2) con elevaciones hasta

aproximadamente 250 m.s.n.m.

Esta serranía que se inicia con un ancho promedio de alrededor de 1.000 metros,

súbitamente se adelgaza, después de unos 4 kilómetros de la ribera del río, alcanzando

un ancho de 500 metros y cota de 125 m.s.n.m. siguiendo una orientación N 10° E

coincidente con la direccionalidad del cañón Necuima (Edelca, 2003).

Desde la presa de Guri, el río Caroní pasa por una estrecha garganta de 7 Km. de

longitud, denominada el Cañón de Necuima, donde baja a la superficie de peniplanación

del Caroní medio, con cotas 200 – 300 m.s.n.m, encontrándose entre un enjambre de

islas, peñones y raudales; las riberas muestran una topografía con largas y altas filas

(Edelca, op. Cit).


38

Figura 4.2 Vista de la Serranía Terecay

El río Caroní en el tramo Guri - Tocoma recibe solo un afluente importante por su

margen izquierda, llamado Río Claro, el cual a su vez recibe las aguas del río Tocoma.

Por la margen derecha tiene varios afluentes menores: El Merey, Caruto y el río

Cunaguaro.

Antes de comenzar el llenado del embalse, se realizarán estudios aguas arriba de la zona

de presa, ya que probablemente, el río creará una acción erosiva de baja a media

intensidad, en las laderas; ya que el gradiente de la corriente original se ha modificado,

y el río buscará recuperar su equilibrio original.

4.2.2 Estructuras geológicas

Las estructuras geológicas predominantes del área donde se construye la presa, se

observan de manera detallada en la figura 4.3. Una de las estructuras se corresponde a la

Falla de El Pao de dirección predominante N 70° E. El borde de la falla fue reconocido

mediante las perforaciones PT-4 y PT-162, las que atravesaron entre los 10 y 48 metros


39

brechas y milonitas, en condiciones físicas de roca descompuesta blanda, cerca de la

superficie; y roca meteorizada dura, fracturada, en profundidad.

La falla tiene su mejor desarrollo entre la población de El Pao y el frente de trabajo El

Paraíso. Además, es transcurrente lateral izquierda y su actividad cesó por lo menos

hace 200 m.a (Triásico), edad en la cual fueron emplazados diques de diabasa (dolerita),

los cuales no presentan ni metamorfismo, ni trituración, situación por la cual se

considera a la falla inactiva, y la misma no representa ningún peligro latente para el

proyecto (De Ascencao Erika, 2000).

Por otra parte, al oeste de la zona de presa se encuentra la falla de Río Claro, de

dirección aproximada este-oeste. Ésta se consideró como la extensión hacia el oeste de

la falla de El Pao, pero no se ha podido correlacionar y seguir la estructura de un lado al

otro del Río Caroní. La falla de Río Claro corta contra una falla de la margen izquierda

de mayor longitud con rumbo paralelo a la Falla de El Pao (N 70° E).

El Cañón de Necuima ubicado aguas arriba del proyecto hidroeléctrico Tocoma, corre

norte sur por una falla inferida por Kalliokoski (1965).

En la margen derecha del proyecto, se observan los pliegues denominados como

“pliegues de Tocoma” por Kalliokoski (1965) de dirección este-oeste que corren

paralelamente a la falla El Pao. Se identifican 2 anticlinales separados por un sinclinal.

La cordillera Terecay forma parte de este plegamiento, su núcleo está constituido por

cuarcitas ferruginosas intercaladas con alineamientos de gneises feldespáticos.


40

4.2.3 Relación entre las estructuras y el diaclasamiento.

Las estructuras geológicas relacionadas con el diaclasamiento en el sitio de la presa

Tocoma pueden ser: a) Falla de El Pao; b) Fallas de margen izquierda; c) El

plegamiento de la margen derecha.

En la figura 4.8 se puede apreciar que la zona donde se construye el aliviadero es

estructuralmente compleja, se ubica exactamente en el área de convergencia de fallas y

fracturamiento transversal asociado al fallamiento. Además la falla de El Pao, se

presume que continúa hasta el Río Caroní.

En las zonas de fallas el diaclasamiento es inevitable. El movimiento de los bloques a

gran escala, ya sea vertical u horizontalmente como se supone es en este caso, provoca

la milonitización de las rocas, y los esfuerzos sean tensionales o compresivos producto

del movimiento, tienden a deformar y a fracturar los macizos de roca circundante a la

zona donde ha ocurrido el movimiento.

Las zonas de convergencia de fallas, tal como se demuestra, es el caso para esta área del

Proyecto Tocoma, afecta en gran medida el diaclasamiento local. Son diversos tipos de

fallamiento de distintas direcciones y magnitudes y por lo tanto la zona se corresponde a

una de tipo “estructuralmente compleja”, como la ha descrito Kalliokoski (1965). La

mencionada complejidad produce que en el aliviadero existan partes del macizo

completamente diaclasados, intercalados con zonas intactas o de menor diaclasamiento,

como ocurre en el pozo disipador de energía del aliviadero.

Los pliegues de la margen derecha (ver figura 4.3), se orientan hacia el norte al llegar al

Río Caroní. La zona donde un pliegue cambia su dirección del eje tan súbitamente,


41

desarrolla gran cantidad de esfuerzos de tensión provocando diaclasamiento en

dirección perpendicular a dicha torsión.

Es posible entonces afirmar que la zona escogida para el alineamiento donde se

construirá la Presa Tocoma, es un área donde el diaclasamiento es de moderado a alto,

siendo un factor de mucha importancia, debido a que debe realizarse un correcto

tratamiento a la fundación y a los taludes, con el propósito de evitar desprendimientos

de bloques, filtraciones, etc.


42

Figura 4.3 Imagen de infrarrojo con estructuras geológicas predominantes a nivel regional / local


43

Figura 4.4 Fracturamiento y fallamiento en el lecho del Río zona Tocoma (Edelca, 2003)

4.2.4 Litología

La litología varía de una a otra margen del río. En la margen derecha, por ejemplo, la

cordillera Terecay de acuerdo a las perforaciones ejecutadas por el Departamento de

Geología de Edelca, está compuesta en su núcleo central por cuarcitas ferruginosas, y

hacia las partes más bajas se consigue gneis granítico y anfibolitas. Debido a la elevada

resistencia que posee la cuarcita ferruginosa, ésta se ubica hacia las partes más elevadas,

ALIVIADERO

N


44

mientras que la litología menos resistente como lo es el gneis, ocupa los lugares

inferiores en estas estructuras.

En la margen izquierda, por el contrario la abundancia es el gneis granítico, anfibolitas e

intrusiones dentro del macizo, que corresponden a cuarzo ahumado y pegmatitas

félsicas. El gneis es de grano medio, de tipo rosado (alta cantidad de feldespatos

potásicos) variando hacia condiciones más grisáceas en algunas partes. La variedad del

gneis rosado puede confundirse fácilmente con migmatitas. La anfibolita es de grano

medio, de color verdoso oscuro y se encuentra de forma intrusiva dentro del gneis.

Los bloques de litología gnéisica granítica son muy abundantes, y varían de tamaño

entre unos pocos centímetros hasta unos 6 metros de diámetro. Son bloques rodados por

la acción del río y pueden encontrarse en cantidad considerable. Debido a la

meteorización los bloques están rodeados por una capa negruzca delgada que cubre la

roca intacta (meteorización con apariencia de concha de cebolla).

4.2.5 Materiales para construcción.

El río arrastra cantidad de sedimentos de fondo que al unirse por medio de la sílice

precipitada forman las denominadas “Lastras”. Las zonas aún no excavadas, contienen

gran cantidad de este material. Su principal componente son cantos rodados, cuarzo, y

pequeños fragmentos variados de roca.

Existen grandes áreas útiles para préstamo de arcilla sobre todo en la margen derecha.

La arcilla es de tipo rojiza, excelente para el núcleo central de la presa derecha y para


45

las zonas que deben ser rellenadas para utilizarse como áreas de Contratistas, o para las

oficinas de Edelca.

La presa de núcleo de arcilla derecha será emplazada de esa forma debido a la

disponibilidad de material arcilloso en esa margen, con filtros laterales de material

rocoso triturado mientras que la presa izquierda será de enrocado, debido a la mayor

disponibilidad de este material en la margen izquierda.

CARPIO, E. Marco Teórico ______________________________________________________________________

46

CAPITULO V

MARCO TEÓRICO

5.1 Caracterización del diaclasamiento del macizo rocoso Las discontinuidades de un macizo rocoso (diaclasas, fracturas, grietas, etc.) pueden ser

descritas mediante la observación de afloramientos, de núcleos provenientes de

perforaciones y por métodos de fotogrametría terrestre. En este trabajo se hace mayor

énfasis en la toma de datos obtenidos directamente de los cortes (taludes) en la roca,

tomando como base y adoptando de acuerdo a la factibilidad, los métodos sugeridos por

la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM).

5.1.1 Orientación de discontinuidades

Se determina mediante el uso de brújula con clinómetro, definiendo el buzamiento

(ángulo que forma la recta de máxima pendiente del plano con el plano horizontal) y el

rumbo ortogonal con el buzamiento, medido desde el norte o el sur, bien sea hacia el

este o el oeste (figura 5.1).

Los resultados de las mediciones de orientación de campo para una región estructural

(región con propiedades similares), puede ser representadas de diferentes formas: a) en

mapas geológicos mediante simbología ampliamente conocida; b) mediante

perspectivas en bloques diagramáticos donde se puede observar la relación entre la

distribución espacial de las discontinuidades y la obra civil; c) mediante Rosetas de

diaclasas, donde se puede representar ya sea el rumbo o el buzamiento de las mismas; d)


47

mediante diagramas de polos, utilizando generalmente la red de proyección equiareal: e)

en proyecciones hemisféricas, representando la envolvente de todas las medidas de

campo.

Figura 5.1 Relación diagramática entre rumbo y buzamiento (ISRM, 1978)

5.1.2 Espaciamiento

Se denomina espaciamiento de las discontinuidades, a la distancia medida en dirección

perpendicular entre las diaclasas pertenecientes a una misma familia. Es recomendable

utilizar el valor promedio y los valores modales máximos y mínimos para mejores

resultados. El espaciamiento de discontinuidades adyacentes controla el tamaño de

bloques individuales de la roca intacta. En la medida que la frecuencia de fracturas es

mayor, la cohesión global del macizo rocoso se hace menor. El espaciamiento de

discontinuidades individuales tiene una gran influencia en la permeabilidad y

características del flujo del macizo rocoso. En general, la conductividad hidráulica de un

sistema de fractura, será inversamente proporcional al espaciamiento, si la abertura de

las discontinuidades individuales son comparables (ISRM, 1978).

Buzamiento (β)

Rumbo (α) (β)


48

Para medir el espaciamiento se utiliza una cinta métrica de 3 metros de longitud

mínima, y es conveniente que esté graduada en milímetros. El uso de la cinta métrica es

muy recomendable, sin embargo, no es esencial si el ingeniero geólogo tiene la

suficiente experiencia como para tomar esas medidas de acuerdo a su apreciación

visual. Todo depende del grado de precisión requerido. Las fracturas causadas por

explosivos deben ser excluidas de las medidas.

5.1.3 Persistencia

Este término describe la extensión areal o el tamaño de la discontinuidad observada en

el corte. Puede ser cuantificada en forma muy grosera observando las longitudes de las

trazas en la superficie expuesta. Se considera como uno de los parámetros más

importantes del macizo rocoso pero uno de los más difíciles de cuantificar.

La determinación de la persistencia es de gran importancia principalmente en aquellas

diaclasas orientadas en forma desfavorable a la estabilidad. El grado de persistencia

determinaría el grado al cual se produciría rotura de la roca intacta a lo largo de la

superficie de falla. Asimismo, la persistencia es de importancia para determinar la

ocurrencia de fallas escalonadas entre discontinuidades adyacentes y para el desarrollo

de grietas de tensión detrás de la cresta del talud.

En general, un macizo con diaclasas poco persistentes tendrá una gran resistencia

inherente, mientras que un macizo con discontinuidades 100% persistentes, tendrá una

debilidad inherente y la falla ocurrirá a magnitudes de esfuerzos mucho menores que los

requeridos para cortes de roca intacta (ISRM, 1978).


49

5.1.4 Rugosidad

De acuerdo a la literatura especializada se reconocen dos “ordenes” para clasificar las

rugosidades de la pared de una discontinuidad, las cuales afectan las características de

movimiento o la resistencia al corte de las discontinuidades. Las rugosidades mayores o

de escala de primer orden son denominadas “ondulaciones”, y son consideradas que

tienen una dimensión tal que es poco probable que sean cizalladas; para propósitos

prácticos son ondulaciones en un plano. Las rugosidades propiamente dichas, segundo

orden, se denominan asperezas. Estas son suficientemente pequeñas que podrían ser

cizalladas durante el movimiento a lo largo de una discontinuidad.

Cuando se realizan estudios preliminares o en etapa de factibilidad y no se necesita

mayor precisión, la descripción de las rugosidades pueden ser limitada a términos

descriptivos en base a dos escalas de observación: escala pequeña (cm); escala

intermedia (m).

Los siguientes grupos han sido recomendados por la ISRM: I Rugosa (irregular)

escalonada - II Lisa, escalonada -III Pulida (slickensided) escalonada - IV Rugosa

(irregular), ondulada - V Lisa, ondulada - VI Pulida (slickensided) ondulada - VII

Rugosa (irregular), planar - VIII Lisa, planar - IX Pulida (slickensided), planar.

El término “slickensided” es utilizado solamente si hay evidencias claras de previos

desplazamientos de corte a lo largo de la discontinuidad. En la figura 4.2 se muestran

los perfiles típicos y la terminología sugerida.


50

Figura 5.2. Perfiles típicos de rugosidad y terminología sugerida.

(ISRM, 1978)

5.1.5 Grado de meteorización del macizo rocoso

El grado de meteorización se puede definir en 6 parámetros muy sencillos de observar

en el campo, que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 5.1 Parámetros del grado de meteorización (Palmström, 2001)

Término Descripción Grado

FRESCO No hay señales visibles de meteorización. Si acaso una tenue decoloración en superficies de discontinuidades más desarrolladas

I

LEVEMENTE METEORIZADO Decoloración indica meteorización de la roca intacta y superficies de discontinuidad. La roca puede estar algo más débil externamente, que en condición fresca

II

MODERADAMENTE METEORIZADO Menos de la mitad de la roca está descompuesta. La roca puede estar presente fresca o decolorada como enrejado en forma de pedazos individuales.

III

ALTAMENTE METEORIZADO Más de la mitad de la roca está descompuesta y/o desintegrada a suelo

IV

COMPLETAMENTE METEORIZADO Todo el material rocoso está descompuesto o desintegrado

V

SUELO RESIDUAL Todo el material rocoso está descompuesto o desintegrado a suelo. La estructura del macizo original y su textura ha sido destruida.

VI


51

5.1.6 Abertura

Es la distancia perpendicular que separa las paredes adyacentes de una diaclasa abierta.

Los métodos sugeridos por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas limita el

término abertura, a diaclasas abiertas donde el espacio es aire o agua; cuando se trata de

una diaclasa abierta y rellena con arcilla, por ejemplo, utilizan el término ancho.

5.1.7 Relleno

Este término describe el material que se encuentra separando las paredes adyacentes de

una discontinuidad, por ejemplo: calcita, cuarzo, clorita, yeso, arcilla, limo, brecha de

falla, etc. la distancia perpendicular entre las paredes de la discontinuidad se le llama

"ancho de la diaclasa rellena”.

5.1.8 Flujo

El flujo a través de macizos rocosos ocurre principalmente a lo largo de

discontinuidades; esto es debido a lo que se denomina “permeabilidad secundaria”. Hay

casos, sin embargo, como por ejemplo algunas rocas sedimentarias en que la

“permeabilidad primaria” puede ser significativa, de forma que una gran parte del flujo

ocurre a través de los poros de roca intacta.

El flujo de diaclasas individuales no rellenas, puede establecerse de acuerdo a la

siguiente descripción:


52

Tabla 5.2 Descripción del flujo en diaclasas. (Palmström, 2001)

Clasificación Descripción I La discontinuidad es muy cerrada y seca, no

parece posible flujo de agua a lo largo de ella

II La discontinuidad está seca sin evidencia de flujo de agua

III La discontinuidad está seca pero muestra evidencias de flujo de agua. Ej. Manchas de oxidación

IV La discontinuidad está mojada pero no hay agua libre

V La discontinuidad muestra flujo; ocasionalmente hay gotas de agua pero no hay flujo continuo.

VI La discontinuidad muestra flujo continuo de agua.

5.1.9 Número de familias

Tanto el comportamiento mecánico como la apariencia del macizo rocoso son

dominados por el número de familias de diaclasas que se intersectan entre si. El

comportamiento mecánico se afecta porque el número de familias determina la

extensión en el cual el macizo rocoso puede deformarse, sin que ocurra rotura de la roca

intacta. La apariencia del macizo es afectable porque el número de familias determina el

grado de sobreexcavación que tiende a ocurrir cuando se excava con explosivos.

En estabilidad de taludes en roca, el número de familias puede ser un factor dominante

aunque la orientación de las diaclasas respecto a la superficie libre se considera de

primaria importancia. Un gran número de diaclasas pueden cambiar el modo potencial

de falla de traslación o volcamiento a rotacional y circular.


53

Figura 5.3 Las principales características de las diaclasas (Palmström, 2001)

5.2 Falta de seguridad absoluta y errores en la medición del diaclasamiento La falta de seguridad absoluta en geología significa que la observación, mediciones,

cálculos y evaluaciones hechas no son confiables. Las consecuencias son que el uso de

dicha data geológica, frecuentemente puede involucrar algún tipo de incertidumbre. El

error es definido como la diferencia entre un valor calculado y su valor real.

(Palmström, 2001)

Las 3 fuentes principales de falta de seguridad y errores en la ingeniería geológica y la

mecánica de rocas son:

1. Variabilidad espacial de las formaciones geológicas, donde interpretaciones

erróneas hechas de la configuración geológica, puede acarrear consecuencias

significativas.

2. Errores introducidos al estimar y medir propiedades ingenieríles, frecuentemente

relacionadas al muestreo y mediciones.


54

3. Inexactitudes causadas por modelación del comportamiento físico, incluyendo

un tipo incorrecto del cálculo o modelo.

5.2.1 Errores en las mediciones

Una descripción completa de las diaclasas es difícil por su naturaleza tridimensional y

por su limitada exposición en los afloramientos. La caracterización ideal del

diaclasamiento podría involucrar la descripción específica de cada diaclasa en el macizo

rocoso, exactamente definiendo su posición y propiedades mecánicas y geométricas.

Esto no es posible por varias razones, entre otras:

1. Las partes visibles de la diaclasa son limitadas a únicamente las trazas lo que

impide la completa observación

2. Diaclasas que se encuentren a cierta distancia de la roca expuesta, no pueden ser

directamente observadas.

3. Observaciones directas (visual o mediciones por contacto) e indirectas

(geofísicas) tienen exactitud limitada.

Por estas razones las diaclasas en el macizo rocoso son usualmente descritas como un

ensamblaje de todas, más que tomarlas individualmente una a una.


55

5.3 Clasificación de Bieniawski – Clasificación Geomecánica (RMR) Bieniawski (1973) presentó un nuevo sistema de clasificación de macizos rocosos

mediante un índice RMR (en inglés Rock Mass Rating). Algunos autores llaman a la

clasificación de Bieniawski clasificación CSIR, nombre abreviado del organismo

sudafricano en el que Bieniawski la desarrolló.

La clasificación geomecánica inicialmente desarrollada, sólo definía el macizo rocoso

de acuerdo a las características tomadas en campo, sin tener en cuenta la estructura a

construir.

En una segunda versión Bieniawski estableció la forma actual. El índice numérico del

macizo rocoso RMR Básico es independiente de la estructura a construir y se obtiene

sumando los “ratings” de cinco (5) parámetros:

1. Resistencia de la matriz rocosa a la compresión simple

2. RQD (índice de calidad de la roca)

3. Frecuencia de las diaclasas (espaciamiento)

4. Agua dentro del macizo rocoso.

5. Condición de las diaclasas (abertura, persistencia, rugosidad y meteorización)


56

Tabla 5.3 Parámetros de la clasificación y sus ratings.(Bieniawski, 1973)

Parámetro Rango de valores 1.-Esfuerzo uniaxial

compresivo >250 100-250 50-100 25-50 0-25

RATING 15 12 7 4 2-1-0 2.-Índice de calidad de roca

RQD 90-100 75-90 50-75 25-50 <25

RATING 20 17 13 8 3 3.-Flujo de Agua Comp. Seco Mojado Húmedo Goteando flujo

RATING 15 10 7 4 0 4.- Espaciamiento >2 0.6-2 200-600

mm 60-200

mm <60 mm

RATING 20 15 10 8 5

Tabla 5.4 Clasificación individual según la abertura de las diaclasas

Descripción Separación de las caras (mm)

Rating RMR

Abierta >5 0 Moderadamente

abierta 1-5 1

Cerrada 0.1-1 4 Muy cerrada <0.1 5

No tiene 0 6

Tabla 5.5 Clasificación individual según la persistencia de las diaclasas

Descripción Continuidad Rating RMR Muy pequeña <1 6

Pequeña 1-3 4 Media 3-10 2 Alta 10-20 1

Muy alta >20 0


57

Tabla 5.6 Clasificación individual según la rugosidad de las diaclasas

Descripción Rating RMR Muy rugosa “W” 6

Rugosa “A” 5 Ligeramente rugosa

“lig. A” 2

Suave “L” 1 Espejo de Falla 0

Tabla 5.7 Clasificación individual según el relleno de las diaclasas

Descripción Rating RMR

Relleno blando >5 mm 0 Relleno blando <5 mm 2 Relleno duro >5 mm 2 Relleno duro <5 mm 4

Ninguno 6

Tabla 5.8 Clasificación individual según la meteorización de las diaclasas

Descripción Rating RMR

Descompuesta 0 Muy meteorizada 1 Moderadamente

meteorizada 3

Ligeramente meteorizada

5

No meteorizada 6

De este valor (Rating) hay que restar un factor de ajuste, que es función de la

orientación de las diaclasas, definido cualitativamente y que tiene valores distintos

según se aplique a túneles, cimentaciones o taludes. El resultado de esta resta es el

índice final RMR, que puede variar entre 0 y 100 (Tabla 5.9). Los macizos rocosos se


58

clasifican en 5 clases según el valor de dicho índice. El “significado” de dichas clases

incluye 3 datos cuantitativos: a) el tiempo de estabilidad y luz libre para túneles; b) un

intervalo de valores de la cohesión de la masa rocosa; c) un intervalo de valores del

ángulo de rozamiento de la masa rocosa.

Los 2 últimos son los de interés para la investigación, y podrían compararse con los

datos que posee la empresa (Edelca) de valores índice de la roca que servirá de

fundación para los macrocomponentes.

Tabla 5.9 Clasificación del macizo rocoso determinado del total de Ratings (Bieniawski, 1973)

RATING 100-81 80-61 60-41 40-21 <20 Clase: I II III IV V

Descripción Roca muy buena

Roca buena Roca justa Roca mala Roca muy mala

Cohesión del

macizo rocoso (KPa)

>400 300-400 200-300 100-200 <100

Ángulo de fricción

interna (°)

>45 35-45 25-35 15-25 <15

5.4 Aplicaciones de la clasificación de Bieniawski a los Taludes - Clasificación SMR

La clasificación SMR es un método de determinación de los factores de ajuste

adecuados para aplicar la clasificación RMR a los taludes, desarrollado por Romana

(1993). Después de su publicación en inglés, la clasificación SMR ha despertado cierto

interés y el propio Bieniawski la recomienda en su último libro para su aplicación en

taludes.


59

Cualquier clasificación debe considerar en primer lugar, que la rotura de un talud rocoso

puede ocurrir según formas muy diferentes. En la mayoría de los casos la rotura de la

masa rocosa está gobernada por las discontinuidades y se producen según superficies

formadas por una o varias juntas.

Las formas básicas son bien conocidas, y se resumen a continuación:

1. Roturas planas: según juntas predominantes y/o continuas que buzan hacia el

talud, y cuyo rumbo es bastante paralelo al de la cara del talud. Las condiciones de

inestabilidad son: a) que las juntas críticas buzen menos que el talud, b) que la

resistencia al esfuerzo cortante movilizada en la junta crítica no sea suficiente para

asegurar la estabilidad (lo que en la práctica equivale muchas veces, pero no siempre, a

la condición de que el ángulo de buzamiento sea superior al de rozamiento).

2. Roturas en cuña: según dos juntas de diferentes familias cuya intersección (quilla)

buce hacia el talud. Las condiciones de estabilidad son similares a las de las roturas

planas y pueden analizarse considerando el buzamiento de la quilla. Un “factor de

cuña”, que depende de la geometría, multiplica la resistencia al esfuerzo cortante

movilizada en la cara de las juntas. Muchas aparentes roturas en cuña son roturas planas

según una de las juntas, ya que no se cumplen las condiciones cinemáticamente

necesarias para que la rotura se produzca con deslizamiento simultáneo según las dos

caras de la cuña. Esta forma de rotura depende de las condiciones y, orientaciones de las

diferentes familias de juntas y suele ser más frecuente que las roturas planas, pero con

dimensiones más reducidas.


60

3. Roturas por vuelco (Toppling): según una familia de juntas predominantes y/o

continuas que buzan contra el talud, y cuyo rumbo es casi paralelo al de la cara del

talud. En este tipo de rotura se producen deslizamientos a lo largo de las juntas, que

frecuentemente están meteorizadas.

4. Roturas globales o tipo suelo: según superficies que puedan desarrollarse

parcialmente a lo largo de las juntas, pero que normalmente las cruzan. Esta forma de

rotura solo puede ocurrir en macizos rocosos muy diaclasados, con un tamaño

característico de bloque pequeño respecto al talud, o en roca muy blanda o muy

meteorizada.

Cualquier sistema de clasificación tiene que tener en cuenta los siguientes parámetros:

1. Caracterización global de la masa rocosa (incluyendo frecuencia, estado y agua en

las juntas)

2. Valor de la diferencia entre los buzamientos de la cara del talud y de las familias

predominantes de juntas.

3. Valor de la diferencia entre los buzamientos de la cara del talud y de las familias

predominantes, ya que esa diferencia controla la emergencia de las juntas en la cara del

talud, condición necesaria para las roturas planas y/o en cuña, y también la oblicuidad

de la resultante de las tensiones que actúan sobre la junta.


61

4. Relación entre el buzamiento de las juntas con los valores normales de la fricción

(para las roturas planas y/o en cuña)

5. Comparación entre las tensiones tangenciales (a lo largo de juntas con riesgo de

rotura por vuelco) con la fricción que puede desarrollarse en ellas.

El índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR sumando un

factor de ajuste, que es función de la orientación de las diaclasas (y producto de tres

subfactores) y un factor de excavación que depende del método utilizado:

SMR = RMR + (F1 x F2 x F3) + F4 (3.1)

Donde:

RMR = Valor básico de la clasificación geomecánica (0-100)

F1 depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud. Varía

entre 1.00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0.15 (cuando el ángulo entre ambos

rumbos es mayor de 30° y la probabilidad de rotura es muy baja) ver tabla 5.10. Estos

valores, establecidos empíricamente, se ajustan aproximadamente a la expresión:

2)sen1(1 sjF αα −−= (3.2)

Donde:

αj y αs = los valores de buzamiento de la diaclasa y del talud respectivamente.


62

Tabla 5.10 Factor F1

Condición Muy favorable

Favorable Justo Desfavorable Muy desfavorable

Ángulo entre rumbos de Diaclasa y

Talud

> 30°

30° - 20°

20° - 10°

10 - 5°

< 5°

Valor de F1 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00

F2 depende del buzamiento de la diaclasa en rotura plana. En cierto sentido es una

medida de probabilidad de la resistencia al esfuerzo cortante de la diaclasa. Varia entre

1 (para diaclasa con buzamiento superior a 45°) y 0.15 (para diaclasas con buzamiento

inferior a 20°). Fue establecido empíricamente pero puede ajustarse según la siguiente

relación:

jF β2tg2 = (3.3)

Donde:

βj es el buzamiento de la diaclasa.




βj < 20° 20° - 30° 30° - 35° 35 - 45° > 45° Valor de F2 0.15 0.40 0.70 0.85 1.00

Vuelco 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

F3 refleja la relación entre los buzamientos de la diaclasa y el talud. Se han mantenido

los valores propuestos por Bieniawski en 1979 que son siempre negativos. Para roturas


63

planas F3, expresa la probabilidad de que las diaclasas afloren en el talud. Se supone

que las condiciones son normales cuando el buzamiento medio de la familia de

diaclasas es igual al del talud, y por lo tanto aflorarán algunas pocas juntas. Cuando el

talud buza más que las diaclasas, casi todas afloran y las condiciones serán: “muy

desfavorables” lo que supone un valor de –60 para (βs-βj > 10°), o “desfavorables” lo

que supone un valor de F3 de –50 (para 0 < βs-βj < 10°). La diferencia con el valor de

F3 “normal” (que es –25) es muy grande (ver tabla 3.12)




βj - βs (falla planar)

> 10° 10° - 0° 0° 0 – (-10°) < (-10°)

βj + βs (vuelco)

< 110° 110° - 120° >120° - -

Valor F3 0 -6 -25 -50 -60

F4 indica el factor de ajuste de acuerdo al método de excavación, y ha sido establecido

empíricamente: a) los taludes naturales son estables, a causa de los procesos previos

de erosión sufridos por el talud, y de los mecanismos internos de protección que

muchos de ellos poseen (vegetación, desecación superficial, drenaje torrencial, etc.) F4

= +15; b) el precorte aumenta la estabilidad de los taludes en media clase F4 = +10; c)

las técnicas de voladura suave (recorte) bien ejecutadas, también aumentan la

estabilidad de los taludes F4 = +8; d) las voladuras normales aplicadas con métodos

razonables no modifican la estabilidad, F4 = 0; e) las voladuras defectuosas son muy

frecuentes y pueden dañar seriamente a la estabilidad F4 = -8; f) la excavación

mecánica de los taludes por ripado solo es posible cuando el macizo rocoso está muy


64

fracturado o la roca blanda. Con frecuencia se combina con prevoladuras poco

cuidadas. Las caras del talud presentan dificultades de acabado. Por ello ni mejora ni

empeora la estabilidad F4 = 0

5.5 Métodos de tratamiento sugeridos por la clasificación SMR Cuando un talud muestra inestabilidades, estas se pueden corregir con muchas medidas

diferentes, conjuntamente o por separado (Tabla 5.14). Para muchas de estas medidas se

carece de estudios analíticos que definan su efecto real. Por otro lado hay muchos casos

de refuerzo de taludes bien documentados (especialmente en suelos) (Romana, 1993)

Tabla 5.13 Descripción de las clases SMR (Romana, 1993)

Clase N° V IV III II I Descripción Muy mala Mala Justa Buena Muy buena Estabilidad Completamente

inestable Inestable Parcialmente

estable Estable Completamente

estable Fallas Grandes roturas

por planos continuos

Juntas o grandes cuñas

Algunas juntas o muchas cuñas

Algunos bloques

Ninguna

Tratamiento Reexcavación Corrección Sistemático Ocasional ninguno

El estudio de un talud rocoso potencialmente inestable es una labor compleja que

requiere un cuidadoso trabajo de campo, un análisis detallado y un buen sentido

ingenieril para valorar la importancia relativa de los diferentes factores de inestabilidad

que pueden estar actuando.

Ningún sistema de clasificación podrá sustituir todo ese trabajo. Pero puede ser de

utilidad indicando los límites habituales de uso para cada clase de medidas de


65

tratamiento. La elección entre dichas medidas están fuera del alcance de una

clasificación geomecánica (Romana, 1993)

Tabla 5.14 Medidas de tratamiento según el índice SMR

(Romana, 1993)

Sin sostenimiento - Ninguna - Saneamiento

65<SMR

Protección - Zanjas de pie - Vallas (de pie o talud) - Redes (sobre la superficie del talud)

45 <SMR< 70

Refuerzos - Bulones - Anclajes

30 <SMR<75

Hormigón - Concreto proyectado - Hormigón dental - Contrafuertes y/o vigas - Muros de pie

20 <SMR<60

Drenajes - Superficial - Profundo

10 <SMR< 40

Reexcavación - Tendido - Muros de contención

10 <SMR< 30

5.5.1 Refuerzos

Por simplicidad se incluyen aquí solo los bulones de anclaje continuo no tensados. Los

tensados se consideran anclajes. Los bulones son un refuerzo “pasivo” y los anclajes un

refuerzo “activo”.

Las características usuales son:


66

1. Longitud: Normalmente de 3 a 4 metros, empotrándose 1 a 2 metros en roca

sana y como regla simple que son mayor que un décimo de la altura del talud.

2. Dimensiones: de diámetro 25 mm, con resistencia de 12 a 18 Ton.

Desde el punto de vista de bulonaje los macizos rocosos pueden clasificarse según

se expresa en la tabla 4.15

Tabla 5.15 Bulonado en macizos rocosos (Romana, 1993)

Tipo de roca Espaciamiento de juntas (m)

Jv =(115-RQD)/3.3 Bulonado Distancia (m)

Dura. En bloque >1 1-3 Sistemático 3-3,5 Dura. Fracturada 0,3 - 1 3-10 Sistemático 1-3 Dura. Muy fracturada

<0.3 10-18 >18

Sistemático Sólo concreto

proyectado

1

Meteorizada. Con juntas débiles

- - Según las diaclasas

Variable

Meteorizada Blanda

- - Sólo con concreto

proyectado o no adecuado.

-


67

Tabla 5.16 Esquemas indicativos de bulonado en taludes

Clase SMR Bulones por m2

D (m) Distancia entre

bulones

Densidad de fuerza (T/m2)

Concreto Proyectado

II >65 0,08 3,5 1-1,25 No IIb 65-60 0,11 3,0 1,3-1,6 No III 60-45 0,40

0,70 1,00

1,6 1,2 1

4,5-6,0 8-10 12-15

Ocasional Oca./Sist. Sistemática

IIIb 45-40 1,00 1 12-15 Sistemática

Los anclajes aplican una fuerza en la superficie del talud y la transfieren al interior. A la

vez introducen una fuerza estabilizadora y aumentan la resistencia al corte (y la

dilatancia) de las diaclasas.

Muchos tipos de anclaje existen en el mercado. Sus características más comunes son:

1. Longitud: Normal de 12 a 20 metros, y posible de 8 a 30 m

2. Resistencia: Normal de 70 a 100 Toneladas y posible de 30 a 200 Ton.

3. Disposición: Normal de 1 anclaje cada 10 a 35 m2, en forma de filas y columnas.

4. Cabezas de hormigón: Cabezas aisladas de dimensión (1 x 1 x 0,50 m),

contrafuertes y/o vigas de (ancho 1 x 1,50), muros anclados y muros de pie como

complemento.

Los anclajes son especialmente útiles para sostener grandes corrimientos planos,

vuelcos importantes, y roturas generales de un talud. Su disposición, tipo y densidad


68

deberían ser estudiadas analíticamente en cada caso y comprobadas después

instrumentalmente. Una guía aproximada para la evaluación de la fuerza de anclaje

necesaria se presenta en la tabla 5.17, derivada de casos reales.

Tabla 5.17 Esquemas indicativos de anclajes en taludes (Romana, 1993)

Clase SMR Densidad de fuerza / Ton/m2

Concreto Proyectado

Hormigón

IIIb 50-40 1,0-2,5 2,5-5,0

Armada Armada

Cabezas aisladasCabezas aisladas

IVa 40-30 5,0-10,0 10,0-20,0

No No

Contrafuerte y/o vigas (muro)

IVb 30-20 Variable No Muro (contrafuerte y/o

vigas)

En el caso de que los anclajes se usen como medida adicional a un muro de gravedad la

densidad de fuerza debería ser de 2,5 – 5,0 Ton/m2 (mínimo 1,5 Ton/m2).

5.5.2 Hormigón

Proyectar el concreto a un talud es fácil, se puede hacer deprisa, y a menudo es una

unidad de obra muy ventajosa. Por lo tanto, muchos taludes son proyectados con

concreto al primer signo de inestabilidad. Es difícil averiguar el efecto real del concreto

proyectado, que a menudo se cae con el tiempo.

Un concreto proyectado ocasional puede ser útil para correcciones locales puntuales y/o

para prevenir la erosión diferencial. El concreto proyectado sistemático es necesario con

masas rocosas fragmentadas (Jv = 10-18)


69

Si se usa el concreto proyectado como protección general de un talud deberían tomarse

las siguientes precauciones:

1. Limpiar el talud (con aire comprimido y/o agua)

2. Proyectar varias capas. Un esquema útil sería: capa superficial de protección (e =

3 cm.) y dos capas armadas (e = 2 x 10 cm.)

3. Usar bulones cortos (y eventualmente una tela metálica) para anclarla al talud.

4. No proyectar concreto en puntos de drenaje natural.

5. Intentar la instalación de drenes.

Los contrafuertes, costillas, vigas y/o muros son medidas correctoras asociadas a

anclajes o que trabajan por gravedad, pueden utilizarse para taludes parcial o totalmente

estables.

5.6 Validez de la clasificación SMR

Durante los últimos años muchos ingenieros y geólogos han utilizado el índice SMR en

problemas de taludes. La clasificación SMR es bastante simple y puede aplicarse

rápidamente, puede dar indicaciones útiles, donde el uso de métodos estadísticos

complejos está dificultado por la necesidad de numerosos datos geomecánicos que no

son siempre fácilmente obtenibles.


70

De las diversas aplicaciones que se le ha dado al método SMR, pueden deducirse

algunas conclusiones:

1. La clasificación parece ligeramente pesimista (del orden de media clase), sobre

todo en taludes recientemente excavados y que aún no han estado sometidos a ciclos

atmosféricos repetidos y meteorización.

2. La clasificación ha sido validada con taludes no demasiado altos. Para taludes

con más de 80 metros de altura, se puede corregir con el método de ZUYU.

3. Los valores desfavorables del coeficiente F3 (-50 y –60) que fueron propuestos

por BIENIAWSKI plantean algunas dificultades en la práctica cuando se estudian

taludes muy inestables.

4. Las formas de rotura sugeridas por la clasificación parecen cumplirse en la

práctica especialmente la aparición de roturas generalizadas por la masa rocosa para

valores del SMR inferiores a 30, 35.

5. El método de excavación influye mucho sobre la estabilidad del talud, sobre

todo en el pie y en toda la zona superficial; la corrección F4 parece justificada.

6. La clasificación de los taludes con bermas presenta dificultades; los resultados

pueden referirse solo a los taludes parciales entre bermas y no al talud global.


71

5.7 Limitaciones de las clasificaciones geomecánicas. Bieniawski (1989), menciona los siguientes objetivos de las clasificaciones

geomecánicas para masas rocosas:

1. Identificar los parámetros más significativos que gobiernan el comportamiento

de la masa rocosa.

2. Dividir una formación rocosa en grupos de comportamiento similar (“clases

geomecánicas”)

3. Proveer una base para el entendimiento de las características de cada clase

geomecánica.

4. Relacionar la experiencia de las condiciones comunes en diferentes

emplazamientos}

5. Deducir datos cuantitativos y recomendaciones para el diseño ingenieril.

6. Proveer una base común entre ingenieros y geólogos.

Bieniawski (1979) presenta algunas limitaciones de la clasificación geomecánica:

1. Las clasificaciones geomecánicas (RMR), no deben usarse aisladamente como

una herramienta única, sino en el contexto de un proceso global de diseño ingenieril.


72

2. Las clasificaciones geomecánicas deben usarse sólo en las fases preliminares del

proyecto, pero no para definir las medidas finales de diseño. Para el diseño preliminar

las clasificaciones son excelentes, para el proyecto final es necesario analizar y

observar, y por sobre todo valerse del aspecto ingenieril.

3. Las clasificaciones son esenciales para controlar las condiciones de la roca

durante la construcción porque permiten una comparación efectiva entre lo previsto en

el proyecto, a partir de la investigación geotécnica, con la realidad.

5.8 Recomendaciones para la estimación del SMR en el campo

5.8.1 Elección del afloramiento:

Las condiciones en este caso están referidas a taludes excavados con precorte. Debe

tenerse en cuenta que las diaclasas pueden aparecer con frecuencia más abiertas si la

excavación se llevó a cabo con voladuras deficientes. Es muy fácil acá determinar las

formas de rotura y las condiciones hidrogeológicas (ISRM, 1978).

5.8.2 Resistencia de la roca (Resistencia a la compresión uniaxial)

El dato correcto se denomina resistencia a la compresión simple que es el esfuerzo

máximo por unidad de área antes de producirse la ruptura, debida a una fuerza aplicada.

Es medida en laboratorio, pero esto se hace muchas veces imposible. Esto debido a la

cantidad infinita de muestras de acuerdo a la longitud del talud, y las condiciones

variantes de la litología y por ende su resistencia (Palmström, 2001)


73

En la tabla 5.18, contiene algunas indicaciones útiles para estimar este parámetro con

ensayos de índice manual. El margen de error al estimar este parámetro es muy reducido

en la práctica.

Tabla 5.18 Índices para estimar la resistencia (ISRM 1978)

Término Resistencia a la compresión uniaxial

(Mpa)

Estimación en campo

R5-extremadamente resistente

>250

material rocoso solo roto bajo repetidos golpes

R4-muy resistente 100-250 requiere varios golpes para romper

R3-resistente 50-100 un solo golpe rompe un espécimen

R2-medianamente resistente

25-50 golpe firme con piqueta se inserta 5 mm

R1-Débil 5 a 25 corta con un cuchillo

R0 muy débil 1 a 5 se puede introducir un cuchillo, y se derrumba

con pico 5.8.3 RQD El índice de calidad de roca, RQD “Rock Quality Designation” Deere et al. (1967) se

basa en la recuperación modificada de un testigo (El porcentaje de la recuperación del

testigo de un sondeo), depende indirectamente del número de fracturas y del grado de la

alteración del macizo rocoso, y se obtiene según la siguiente fórmula:

% R.Q.D = ∑ (Longitud Fragmentos ≥ 10 cm) x 100

Longitud total perforada

(3.4)


74

Tabla 5.19 Clasificación de la roca en cuanto al

índice R.Q.D (Deere, 1967)

RQD (%) Calidad de Roca

< 25 Muy mala

25 - 50 Mala

50 – 75 Regular

75 - 90 Buena

90 - 100 Excelente

La caracterización del macizo rocoso se hace en función de las condiciones físicas y

mecánicas observadas en los núcleos de la roca extraídos de las perforaciones mediante

la cuantificación porcentual de la calidad de la roca, con los parámetros obtenidos

mediante el reconocimiento geológico de superficie, se analiza la frecuencia de

diaclasas o fracturas naturales en los núcleos de roca; el cual se define como el numero

de discontinuidades naturales que interceptan una longitud unitaria de núcleos

recuperados y se cuentan por cada metro de núcleo.

El RQD fue definido como el porcentaje de recuperación de testigos de más de 10 cm

de longitud (según el eje). El RQD fue establecido para rocas ígneas donde es más fácil

de aplicar, y exige la no consideración de las roturas frescas, que se producen durante el

proceso de perforación.

Palmström (1975) propuso una correlación entre el RQD y el índice volumétrico JV

(número de diaclasas por metro cúbico de roca). Que puede usarse donde no hayan

sondeos: RQD = 115-3.3 Jv. Jv es fácilmente obtenido haciendo la inversa de los

espaciamientos promedio de las diaclasas.


75

Si se dispone de sondeos cercanos al talud, es necesario utilizar dichos sondeos, ya que

la ecuación no siempre da valores confiables, lo que puede ocasionar errores. Se puede

extrapolar los datos de una perforación hacia todo un talud si sólo existe una en un área

extensa (Palmström, 2001)

5.8.4 Espaciamiento de las diaclasas

La ISRM (1978) sugiere el uso de valores máximos modales y mínimos, pero en la

práctica se utiliza el valor promedio, que es el recomendado por Bieniawski. Suele

realizarse con cinta, tomar dichos valores para cada set, y luego promediar los mismos.

5.8.5 Rugosidad

La escala de rugosidad del RMR es muy fácil estimarse en campo: a) muy

rugosa/áspera es cuando hay arrugas y escalones verticales en los bordes; b)

rugosa/áspera donde hay algunas arrugas y asperezas y los bordes se sienten ásperos al

tacto; c) lisa (suave) donde no hay asperezas, los bordes se sienten suaves.

La consecuencia más importante de la rugosidad de la diaclasa es la capacidad de

exhibir comportamientos dilatantes cuando una junta cerrada y acoplada es sujeta a

esfuerzos cortantes en su plano. La naturaleza de los rellenos gobierna, por el contrario,

el comportamiento frente a esfuerzos cortantes de juntas abiertas, no acopladas. Por lo

tanto es un parámetro asociado a la rugosidad.


76

5.8.6 Abertura y Persistencia La abertura es muy difícil medirla directamente en campo, es más un valor de la

apreciación que tiene el ojo humano. La persistencia puede medirse también

directamente por apreciación. Ya que en la clasificación se usan valores extremos.

También puede ser medido con cinta y los valores finales serán más confiables.

5.9 Estabilidad de Taludes. Método de Falla Planar

5.9.1 Análisis de falla planar

Las fallas planas ocurren a lo largo de una superficie aproximadamente plana y se

analizan como un problema en dos dimensiones. Aunque pueden existir otras

discontinuidades que definen los límites laterales de los movimientos, solo se tiene en

cuenta el efecto de la discontinuidad principal. El tamaño de las fallas planares puede ir

desde unos pequeños metros cúbicos a montañas enteras.

El análisis cinemático tiene en cuenta cuatro condiciones estructurales así:

a. La dirección de la discontinuidad debe estar a menos de 20 grados de la dirección de

la superficie del talud.

b. El buzamiento de la discontinuidad debe ser menor que el buzamiento de la superficie

del talud.

c. El buzamiento de la discontinuidad debe ser mayor que su ángulo de fricción.

d. La extensión lateral de la masa potencial de falla debe ser definida por superficies

laterales que no contribuyen a la estabilidad. Si las condiciones anteriores se cumplen la

estabilidad puede evaluarse por el método del equilibrio límite. El análisis de estabilidad


77

requiere la solución de fuerzas perpendiculares y paralelas a la superficie de falla

potencial.

Figura 5.4 Esquema y representación de varios casos de falla plana.

En la Figura 5.4 se presentan esquemas de una falla plana con grieta de tensión en la

cara del talud, con grieta de tensión arriba de cabeza del talud y una representación

esquemática general de la falla plana.

De acuerdo con la localización de la grieta de tensión se pueden considerar dos casos:

a. Con grieta de tensión en la cara del talud, abajo de la cabeza.

b. Con grieta de tensión arriba de la cabeza del talud

Las ecuaciones de estabilidad son las siguientes:


78

Para el caso a (Grieta abajo de la cabeza):

- Profundidad de la grieta Z = (H cot Ψf – b) (tanΨf – tanΨp)

- Peso del bloque W = ( ½ ) γr H2 [(1-Z/H)2 cot Ψp (cot Ψp tan Ψf –1)]

- Área de deslizamiento A = (H cot Ψf –b) sec Ψp

Para el caso b (Grieta arriba de la cabeza):

- Profundidad de la grieta Z = H + b tan Ψs – (b + H cot Ψf ) tanΨp

- Peso del bloque W = ( ½ ) γr H2 cot Ψf X + bHX +Bz

X = (1 – tan Ψp cot Ψf )

- Área de deslizamiento A = (H cot Ψf +b) sec Ψp

Para ambos casos:

-Fuerza de subpresión del agua U = ( ½ ) γw ZW A

-Fuerza de empuje del agua V = ( ½ ) γw Z2W

Factor de seguridad:

FS = {c.A. + [W (cos ΨP - a sen ΨP )- U – V sen ΨP + T cos θ ] tan φ }

[W (sen Ψp + a cos ΨP ) + V cos ΨP - T sen θ]

Donde:

H = Altura de cara del talud

Ψf = Inclinación del talud

Ψs = Inclinación de la corona

Ψp = Inclinación del plano de falla

b = Distancia de la grieta

a = Aceleración sísmica

T = Tensión de pernos o anclajes

θ = Inclinación de los tensores con la normal a la falla


79

c = Cohesión

φ = Angulo de fricción

γr = Densidad de la roca

γw = Densidad del agua

ZW= Altura de agua en la grieta

Z = Profundidad de la grieta

U = Fuerza de subpresión del agua

V = Fuerza de empuje del agua

W = Peso del bloque

A = Área de la superficie de falla.

En las ecuaciones anteriores también se incorporan las fuerzas del agua y las fuerzas de

estabilización por medio de pernos o anclajes. Es importante definir con anterioridad al

análisis, la localización de la grieta de tensión, aunque en algunos casos los

movimientos no se han iniciado y la grieta de tensión se puede obtener utilizando la

expresión siguiente (Hoek y Bray, 1981):

(B / H)2 = (cotψ f cotψ f ) − cotψ f

La expresión presentada para el Factor de Seguridad puede ser simplificada para

algunos casos, por ejemplo:

1. No hay fuerzas externas (a y T =0):

FS = {cA + [W cos Ψ - U – V sen ΨP] tan φ }

[W sen Ψp + V cos ΨP]


80

2. No hay fuerzas externas ni presión de agua:

FS = {cA + W cos Ψ tan φ }

W sen Ψp

3. No hay fuerzas externas ni presión de agua, ni cohesión:

FS = tan φ

tan Ψp

5.9.2 Analisis de la estabilidad en taludes rocosos considerando rotura planar Aplicando el criterio de falla de Mohr-Coulomb, conjuntamente con las ecuaciones de

equilibrio estático, se ha desarrollado una expresión analítica al minimizar el factor de

seguridad (FS), en el cual se determina la inclinación más critica de la superficie

potencial de deslizamiento para el caso particular de rotura planar en taludes rocosos.

A la vez se analiza la estabilidad del talud considerando la fuerza sísmica y el efecto de

la presión intersticial actuando sobre el plano de discontinuidad.

Al utilizar esta técnica es posible distinguir tres aspectos fundamentales en el diseño de

taludes en macizos rocosos:


81

1.- Permite diseñar excavaciones estables para un factor de seguridad previamente

conocido.

2.- Aplicando una simple expresión matemática, se determina el plano potencial de falla

más crítico, y por ende el mínimo factor de seguridad correspondiente a la mencionada

superficie de discontinuidad.

3.- En el caso particular que el talud rocosos sea inestable o con un coeficiente de

seguridad de baja confidencia, se obtiene la fuerza de anclaje por unidad de longitud del

talud, tanto para el caso activo como pasivo, con la finalidad de elevar el mínimo factor

de seguridad previamente determinado, a un nuevo coeficiente que garantice la

estabilidad del macizo rocoso, tal como se podrá apreciar en detalle en el presente

capitulo a través de las ecuaciones desarrolladas.

Como se sabe el mecanismo de falla relacionado con la estabilidad de taludes en

macizos rocosos esta controlado por estructuras geológicas tales como diaclasas,

foliación, estratificación, así como otras discontinuidades que conjuntamente con las

anteriores son las causantes de que existan deslizamientos al llevarse a cabo

excavaciones en obras civiles y mineras, tanto en construcción de presas y obras viales

como en las explotaciones a cielo abierto y subterráneas, con el resultado lamentable en

muchas circunstancias de la perdida de vidas humanas, además del costo horario

adicional que representan las interrupciones y demoras, conjuntamente las inversiones

cuantiosas que deben realizar las empresas y organismos competentes encargados de la

remoción de bloques y fragmentos de roca y de la ulterior estabilización del macizo

rocoso en caso que se requiera.


82

Lógicamente lo dicho anteriormente indica que el ingeniero geotécnico juega un papel

preponderante en la toma de decisiones con la finalidad de poder garantizar la seguridad

de las excavaciones en macizos rocosos.

En estas condiciones, es de fundamental interés conocer los modos de rotura que

ocurren en la roca cuyo movimiento esta controlado por discontinuidades geológicas,

las cuales pueden dividirse en tres tipos:

a) Deslizamiento planar, ver figura 5.5

Figura 5.5 Geometria del talud mostrando las fuerzas y el plano potencial de

deslizamiento. (Tomado de Ucar, 2002).

b) Rotura por cuña ocasionada a través de dos planos de discontinuidad dispuestos

oblicuamente al plano del talud, en el cual el desplazamiento esta gobernado por la

inclinación y dirección de la recta de intersección de los planos.


83

c) Vuelco: este tipo de rotura se caracteriza por una rotación de la columna o bloque de

roca sobre su base, bajo el efecto de la acción de la gravedad y de las fuerzas

desarrolladas por las rocas adyacentes o en ciertos casos debido al empuje del agua al

penetrar en las discontinuidades.

En el caso particular de rotura planar, el bloque de roca se desliza sobre una superficie

de fractura. Es la más simple de las formas de rotura, y se produce cuando existe una

discontinuidad dominante en la roca, buzando en sentido desfavorable.

Las condiciones geométricas para la ocurrencia de la falla son las siguientes según Hoek

y Bray:

1) Φ<α<β

Donde:

α = ángulo que forma el plano de falla con la horizontal (buzamiento de la

discontinuidad)

β = Inclinación de la cara del talud con respecto a la horizontal

Φ = ángulo de fricción interna del macizo rocoso en la superficie de deslizamiento.

2) El plano de falla debe tener un rumbo aproximadamente paralelo (+/- 20º) con

relación al plano del talud.


84

Es importante indicar que el termino falla es aplicado para este caso en particular en el

sentido ingenieril, en lo referente a movimientos o corrimientos del macizo rocoso, y no

a fallas geológicas.

5.9.2.1 Desarrollo analítico

A continuación se describe el procedimiento para determinar la superficie crítica de

deslizamiento y el mínimo coeficiente de seguridad al tomar en cuenta el peso de la

cuña WT, las fuerzas sísmicas Fh y Fv, conjuntamente con la resultante U de las

presiones intersticiales que actúan sobre la superficie potencial de rotura, la sobrecarga

q y los parámetros C y Φ que gobiernan la resistencia al corte en el plano de

discontinuidad.

Dichas fuerzas puede expresarse como sigue:

Fuerza sísmica Horizontal = Fh = m . ah = WT ah = WT . kh g

Fuerza sísmica Vertical = WT . kv

Adicionalmente kh = ah y kv = 1 kh a 3 kh g 2 4

U = H12 γw (cot α – cot β) sec α

2

U = Fuerza total debida al agua actuando sobre el plano de discontinuidad.

Ψ1 = H12 γw

2

Ψ1 = Fuerza de empuje del agua


85

WT = {sen (α – β)} . Ψ sen α . sen β

Siendo:

Ψ = γsat . H12 + 1 . (H 2- H1

2) γ + q . H, kN/m

Al aplicar la condición de equilibrio, se obtiene:

∑ Fn = 0 N + U – R . cos (α + ε) = 0

∑ Fn = 0 T – R . sen (α + ε) = 0

A través de la figura 5.9.2 la inclinación (ε) que forma la resultante ® con la vertical se

determina mediante la formula:

tan (ε) = kh___ (1 + kv)

A la vez, la expresión que define el coeficiente de seguridad al aplicar el criterio de

rotura Mohr-Coulomb es:

C.H + {R cos (α + ε) – U} tan Φ FS = sen α________________________ R sen(α + ε)

Siendo R la resultante de las fuerzas actuantes

R2 = WT { kh2 (1 + kv)2}

k ={ kh2 + (1 + kv)2}1/2

C, es la cohesión, o la resistencia al corte cuando la tensión normal es nula, medida en el

plano de discontinuidad.


86

Reemplazando R y U/R en la ecuación de factor de seguridad (FS) se obtiene:

C.H sen β__ + { cos (α + ε) – sec α . Ψ1 } tan Φ sen(β - α) . Ψ . k k . Ψ FS = _______________________________________________ sen(α + ε)

Llamando:

k1 = Ψ1 _ y k2 = C.H . sen β k . Ψ k . Ψ

La ecuación anterior se transforma:

k2__ ___ + { cos (α + ε) – k1 . sec α } tan Φ sen(β - α) . Ψ . k FS = _______________________________________________ sen(α + ε)


87

Figura 5.6 Fuerzas sismicas actuando sobre la superficie potencial (Tomado de Ucar,

2002)

En este punto es importante resaltar que al analizar la estabilidad de taludes en macizos

rocosos, es fundamental caracterizar la roca en función de los factores geológicos y los

procedimientos de campo conjuntamente con los ensayos de laboratorio, tales como las

pruebas de corte directo a lo largo de las discontinuidades.

Adicionalmente es primordial entender los criterios de resistencia al corte bajo el

entorno de esfuerzos establecidos, definiendo a la vez los mecanismos de rotura para la

utilización de los métodos de análisis correspondientes.

Este análisis detallado permitirá conocer:

a) La resistencia al corte de las discontinuidades planas lisas.


88

b) La resistencia al corte de las discontinuidades rugosas.

c) La resistencia al corte de las discontinuidades rellenas de suelo.

En la práctica, lo importante es determinar la resistencia al cizallamiento del macizo

rocoso, tomando en cuenta que la rotura se producirá en un gran porcentaje a través de

estructuras geológicas o planos de debilidad, y en otra parte menor por los “puentes de

roca” que producirán cohesión.

La determinación de esta cohesión dependerá del número de familia que presentan

planos de fracturas y su continuidad, la cual es fundamental y difícil de determinar.

Muchas veces juega un papel preponderante el criterio y la expectativa, y la ayuda en

muchos casos de un análisis regresivo o retrospectivo en taludes fallados.

Por otro lado, existen también procedimientos que permiten cuantificar en una forma

aproximada su resistencia sin efectuar ensayos de corte en el macizo rocoso, validos

para cálculos de estabilidad de taludes, considerándolos globalmente en toda su

extensión, permitiendo así calcular los parámetros que gobiernan la resistencia al corte.

Estos métodos son empíricos y su forma de aplicación para caracterizar la roca en el

campo es sencilla a través de los índices de calidad de la roca basados en la clasificación

geomecánica.

5.11 Definición de Términos Básicos


89

En los siguientes tópicos se conceptualizan algunos términos importantes para el

correcto manejo de la clasificación geomecánica

5.11.1 Angulo de fricción interna

Define el ángulo máximo que resiste la discontinuidad (diaclasa) antes de producirse el

desplazamiento en la dirección de la inclinación.

5.11.2 Cohesión Es el término de la ecuación de Coulomb, que define la naturaleza de una fuerza de

cohesión intergranular, es decir, la fuerza con la que están unidos los granos de la roca.

5.11.3 Concreto Proyectado Concreto rociado mediante aire comprimido a las superficies rocosas de una

excavación, bien sea a cielo abierto o subterránea.

5.11.4 Macizo Rocoso La roca in-situ compuesta de sustancia rocosa y de las discontinuidades estructurales

5.11.5 Presa


90

Barrera artificial que se construye en algunos ríos para embalsarlos y retener su caudal,

y en el caso que éste sea muy poderoso, aprovechar la energía hidráulica para generar

energía eléctrica.

5.11.6 Roca Fresca (RF) Masa sólida o fragmentos cuyos componentes minerales no han sido meteorizados o

alterados afectadas a veces por discontinuidades estructurales como fallas y diaclasas.

Estos materiales son aptos como enrocado de presas y para la fabricación de agregados

del concreto y filtros.

5.11.7 Roca Meteorizada (RM) Se refiere a rocas parcialmente alteradas por la meteorización pero substancialmente

duras que han experimentado cambios en sus componentes mineralógicos. Se

adicionarán los calificativos de: levemente o moderadamente meteorizado, para indicar

el grado de afectación de los minerales. De dureza relativa, cuyos minerales no están

meteorizados y/o alterados totalmente. Se complementará su descripción mediante los

calificativos de: deleznable o friable para indicar su estado de competencia o debilidad.

Los planos de discontinuidades suelen estar abiertas y oxidadas.

5.11.8 Roca Descompuesta (RD) Son aquellas rocas cuyos minerales están totalmente alterados, son blandos, de carácter

arenoso, arcilloso, limoso o combinaciones de los mismos y los cuales aún conservan la

estructura de la roca de la cual se derivan.

CARPIO, E. Aspectos Geotécnicos _____________________________________________________________________

91

CAPITULO VI

ASPECTOS GEOTÉCNICOS DE LOS TALUDES DEL POZO

DISIPADOR

La descripción y caracterización de los macizos rocosos en afloramientos es una

labor necesaria en todos los estudios de ingeniería geológica cuyo objetivo sea el

conocimiento de las propiedades y características geotécnicas de los materiales

rocosos.

El desarrollo de los trabajos de campo en afloramientos permite obtener

información necesaria para evaluar el comportamiento geotécnico de los

macizos rocosos, planificar las fases de investigación más avanzadas e

interpretar los resultados que se obtengan de las mismas. Debido a la gran

variedad de condiciones y propiedades, la caracterización de los macizos rocosos

puede ser una tarea compleja, sobre todo si se presentan conjuntamente

materiales rocosos y suelos, zonas fracturadas, tectonizadas y/o meteorizadas.

En la descripción se debe incluir todos los aspectos y parámetros que puedan ser

observados, deducidos y medidos en afloramientos.

La caracterización de campo del macizo rocoso es un ejercicio progresivo que

comienza con una descripción general de las condiciones del terreno, y con la

identificación y clasificación de los materiales que forman los macizos.


92

Este estudio geotécnico se ejecutó en el área denominada pozo disipador de

energía del aliviadero del Proyecto Tocoma, el cual comprende un estudio de

cuatro taludes, siendo el talud sur el de mayor importancia debido a la

configuración de las diaclasas y todo el potencial hidráulico al que va estar

sometido. Ver Figura 6.4

Para la descripción de estos taludes se utilizó un sistema basado en la posición

geográfica con respecto a la excavación del área, ya que está alineada casi

perfectamente con el sentido del drenaje del Río Caroní. Los taludes tendrán la

siguiente nomenclatura:

• Talud Sur: entre el talud Este, el talud Oeste y de frente al talud

Norte

• Talud Este: entre el talud Sur y el talud Norte y de frente al talud

Oeste

• Talud Oeste: entre el talud Sur y el talud Norte y de frente al talud

Este

En los siguientes párrafos se describen las condiciones de los taludes por

separado como se presenta a continuación: morfología, litología presente y las

condiciones de las discontinuidades.


93

6.1 Descripción de los taludes

6.1.1 Talud Sur ubicado entre el talud este, el talud oeste y de frente al

talud norte.

Este talud se ubica más cercano a la estructura del aliviadero, presentando una

orientación N 72° W con una pendiente 0,75H:1V, lo que es equivalente a 54°

en sentido norte. Tiene una longitud aproximada de 130 metros con una altura

constante de 12, ya que es producto de las excavaciones. (Figura 6.1)

6.1.1.1 Morfología del talud:

La morfología de este talud es prácticamente planar, ya que fue generado por

medio de voladuras, aunque los extremos del talud se muestran bastante

fracturados y diaclasados. La meteorización es un factor que afecta

puntualmente en este talud, solo en las diaclasas que buzan en sentido norte y en

el extremo oeste donde este proceso afectó a las rocas, debido a la presencia de

un antiguo canal del río.

6.1.1.2 Litología:

La litología que se expone en este talud, está básicamente compuesta por gneises

graníticos frescos, meteorizados duros y algunas zonas descompuestas,


94

anfibolitas y algunas intrusiones ígneas. Los gneises son graníticos feldespáticos

cuarzosos rosados y se ubican hacia la parte central del talud y meteorizados

duros que cambian transicionalmente a ligeramente descompuestos hacia el

extremo oeste. La anfibolita se presenta como una especie de capa verde en una

laja de gran tamaño. Las intrusiones ígneas atraviesan verticalmente todo el

talud y el espesor máximo es de unos 15 centímetros.

6.1.1.3 Discontinuidades:

En lo que respecta a la foliacion, se presenta como familia con un rumbo este-

oeste y un buzamiento sub-vertical, siendo persistente en todo el talud, aunque

en algunos tramos no se observa con gran claridad.

Las diaclasas, se presentan principalmente en tres famillas: N33°E 41°N,

N57°W 35°N E-W 84°S. Las dos primeras familias son bastantes repetitivas en

el talud y tienen una alta persistencia. En lo que respecta a la apertura, hay

diaclasas muy abiertas y otras completamente cerradas, y en su mayoría se

encuentran rellenas del mismo material rocoso de la zona.

Las fallas son verdaderamente escasas, solo se observan con poco

desplazamiento ubicadas en los extremos del talud.


95

Figura 6.1 Talud sur del pozo disipador del aliviadero

6.1.2 Talud Oeste ubicado entre el talud Sur, el talud Norte y de frente al talud

Este

Este talud se ubica perpendicular a la estructura del aliviadero, presentando una

orientación N 20° E con una pendiente 1H:10V, lo que es equivalente

aproximadamente a 82° en sentido sur. Tiene una longitud aproximada de 90 metros

con una altura máxima de 12. (Figura 6.2)


96

6.1.2.1 Morfologia del talud:

La morfología de este talud es prácticamente planar, ya que fue generado por medio de

voladuras, mostrando un alto contenido de diaclasas persistentes y pequeños bloques

con poca separación entre si. La meteorización es un factor que se observa fácilmente y

afecta a ciertas zonas del talud, sobre todo en las partes más bajas y cercanas al talud

sur. La cresta es bastante irregular, ya que presenta grandes bloques, apreciándose tanto

en el tope altamente meteorizados como en el perfil del talud excavado.

6.1.2.2 Litología:

La litología expuesta en este talud, es básicamente la misma que la existente en el talud

sur, ya que esta compuesta por gneises granítico feldespáticos cuarzosos frescos,

meteorizados duros y descompuestos, anfibolitas, pero no posee intrusiones ígneas. En

general las rocas se presentan altamente fracturadas en bloques aproximados de 70 x 70

cm.


Las diaclasas, se presentan principalmente en cuatro familias: E-W 71°N, N17°E 39°N,

N48°W 41°N, N27°E 17°S. Las dos primeras son bastantes repetitivas en el talud y

tienen una alta persistencia. En lo que respecta a la apertura, hay diaclasas muy abiertas


97

y otras completamente cerradas, y en su mayoría se encuentran rellenas del mismo

material rocoso de la zona.

Las fallas presentes, aunque son escasas, se llegan a observar en aquellas zonas donde

la roca se presenta triturada y descompuesta directamente asociada a alto grado de

meteorización.

Figura 6.2 Talud oeste del pozo disipador del aliviadero

6.1.3 Talud Este ubicado entre el talud Sur, el talud Norte y de frente al talud Oeste


98

Este talud se ubica perpendicular a la estructura del aliviadero, presentando una

orientación N 20° E con una pendiente 1H:10V, lo que es equivalente

aproximadamente a 82° en sentido norte. Tiene una longitud aproximada de 90 metros

con una altura máxima de 12. (Figura 6.3)

6.1.3.1 Morfología del talud:

La morfología de este talud es prácticamente planar, ya que fue generado por medio de

voladuras, mostrando un alto contenido de diaclasas persistentes y pequeños bloques

con poca separación entre si. La meteorización es un factor que se observa fácilmente y

afecta a ciertas zonas del talud, sobre todo en las partes más bajas. La cresta es bastante

regular, ya que ha sido nivelado por la maquinaria presente en la obra.

6.1.3.2 Litología:

La litología expuesta en este talud, es básicamente la misma que la existente en el talud

sur y el talud oeste, ya que esta compuesta por gneises granítico feldespáticos cuarzosos

frescos, meteorizados duros y descompuestos, anfibolitas, pero no posee intrusiones

ígneas. En general las rocas se presentan altamente fracturadas en bloques aproximados

de 70 x 70 cm.


99


Principalmente se observan cuatro grupos de familias, las cuales son: N 50° W 61° N,

N 41° W 40° S y N franco 47° W y N 46° E 65 N, siendo la primera familia la más

persistente y frecuente del talud.

Las dos primeras familias son bastantes repetitivas en el talud y tienen una alta

persistencia. En lo que respecta a la apertura, hay diaclasas muy abiertas y otras

completamente cerradas, y en su mayoría se encuentran rellenas del mismo material

rocoso de la zona.

No se observan fallas como en el talud sur, pero es notable el esfuerzo en la

intersección con el talud sur donde las diaclasas o discontinuidades presentan un

comportamiento curvilíneo claramente producto de la tensión sufrida.


100

Figura 6.3 Talud este del pozo disipador del aliviadero

6.2 Clasificación geomecánica de los taludes

Para la clasificación geomecánica es necesario obtener los promedios y de los datos

obtenidos la predominancia. El mas importante es el RQD, el cual se obtiene de las

perforaciones realizadas en la obra. (Figura 6.4)

Se utilizan los valores mínimos y máximos dentro de las cotas relativas de los taludes a

calcular. En las siguientes tablas se muestran para cada talud el valor promedio de

RQD.


101

Tabla 6.1 RQD para talud sur pozo disipador

Talud Perforación (PT) Máximo Mínimo Promedio 541 100 90 95 543 100 50 75 542 100 90 95

Sur pozo disipador

540 100 70 85 PROMEDIO RQD 88

Tabla 6.2 RQD para talud oeste pozo disipador

Talud Perforación (PT) Máximo Mínimo Promedio Oeste pozo disipador 106 60 20 40

PROMEDIO RQD 40

Tabla 6.3 RQD para talud este pozo disipador

Talud Perforación (PT) Máximo Mínimo Promedio Este pozo disipador 50 90 60 75

PROMEDIO RQD 75


102

Figura 6.4 Ubicación relativa de las perforaciones con respecto a cada talud.

La clasificación geomecánica para cada talud se presenta en las siguientes tablas.

Además de cada promedio para los parámetros (familias, persistencia, abertura,

meteorización, agua, etc.).


103

Tabla 6.4 clasificación geomecánica del Talud Sur pozo disipador

Esp.

RMR

(m)(%

)N3

3°E – 4

1°NW

1No

Seca

886.1

2586

N57°W

– 35°N

E2.7

5No

Seca

“2.5

86E-W

– 84°S

1No

Seca

“17

83PR

OMED

IO85 SM

RN3

3°E – 4

1°NW

88N5

7°W – 3

5°NE

53E-W

– 84°S

89PR

OMED

IO77

1083

0.15

1-25

1086

0.85

0.85

-6010

860.1

50.8

5-60

RMR

f1f2

f3f4

6Lig

.ALig

.“

12.83

WLig

.“

RQD (

%)Re

sist.

(MPa)

6.14

ALig

.>2

50

Rugos

idad

Rellen

oMe

teor.

Flujo

Familia

Abertu

ra (mm

).Per

sistenc

ia(m)


104

Tabla 6.5 clasificación geomecánica del Talud Oeste pozo disipador

Esp.

RMR

(m)

(%)

E-W –

71°N

2no

seca

405.2

575

N17°E

– 39

°NW

1.5No

Seca

“2.0

1472

N48°W

– 41

°NE

1.66

NoSe

ca“

1.93

69N2

7°E –

17°SE

2.66

NoSe

ca“

1.25

69PR

OMED

IO71 SM

RE-W

– 71

°N76

N17°E

– 39

°NW

57N4

8°W –

41°N

E71

N27°E

– 17

°SE71

PROM

EDIO

69

1069

0.85

0.15

-6010

690.1

50.8

5-60

1072

11

-2510

750.1

51

-60RM

Rf1

f2f3

f4

6.66

ALig

“4.2

5A

Lig.

“7

AM

od.

“

RQD

(%)

Resist

.(M

Pa)

8.1A

No10

0-250

Rugos

idad

Rellen

oMe

teor.

Flujo

Famil

iaAb

ertura

(m

m).

Persis

tencia

(m)


105

Tabla 6.6 clasificación geomecánica del talud Este pozo disipador

Resis

t.RM

R(M

Pa)

(%)

2.6No

Seca

100-2

5079

2.71

NoSe

ca“

794

Si - N

o.Se

ca“

814

NoSe

ca-se

mi-

Flujo

“74 78 SM

R80 81 49 60 68

PROM

EDIO

Fami

lia

N50°

W –

61°N

EN4

1°W

– 40

°SW

N fra

nco –

47°W

N46°

E – 6

5°NW

-6010

N46°

E – 6

5°NW

740.4

01

-6010

N fra

nco –

47°W

810.7

01

-6010

N41°

W –

40°S

W79

0.15

0.85

-6010

N50°

W –

61°N

E79

0.15

1RM

Rf1

f2f3

f4

PROM

EDIO

“10

2.83

ALi

g.“

0.78

2.5W

No

756.7

04.7

7A

Lig.

“6.1

257.3

6A

Lig.

RQD

(%)

Esp. (m)

Rugo

sidad

Rellen

oM

eteor.

Flujo

Abert

ura

(mm)

.Pe

rsiste

ncia

(m)

CARPIO, E. Cálculo de Estabilidad de Taludes ______________________________________________________________________

106

CAPITULO VII

CÁLCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Para determinar el tipo de falla presente en el talud, se representaron las familias de

diaclasas del Talud Sur del pozo disipador en la red estereográfica. Dicho talud esta

caracterizado por una Familia 1 con una inclinación de N 33° E 41°N, Familia 2 N57°W

35°N y la familia 3 con orientación E-W 83°S, como se muestra en la fig 7.1.

Figura 7.1 Proyección Estereográfica de las Familias de diaclasas del Talud Sur del

pozo disipador

0Familia 1 N 33° E 41N Familia 2

N57°W 35 N

Familia 3 E-W 83°S

Circulo de FricciónΦ=35

N

S

EW

If1-

TALUD SUR POZO DISIPADOR

Talud 0.75/1

If2-


107

Al proyectar los planos de diaclasas, en conjunto con el talud 0,75/1 y el circulo de

fricción de Φ=35, se observa que las dos únicas intersecciones entre las familia 1 y 2 de

diaclasa y la familia 2 y 3 respectivamente, se localiza fuera de la zona crítica del talud

(área sombreada), por lo tanto estas fallas en cuña, se encuentran en situación estable,

mientras que la diferencia del ángulo del talud y la familia de diaclasas 2 indican una

potencial falla planar. Por lo tanto el calculo de estabilidad estará enfocado en la falla

planar encontrada

7.1 Cálculo de estabilidad de taludes utilizando el método del Ing. Roberto Ucar

Este método es muy cuidadoso al considerar aspectos geométricos del la morfología del

talud, como el ángulo de las discontinuidades, el ángulo del talud, así como su altura, y

también toma en cuenta la sismisidad que persiste en la zona de estudio.

7.1.1 Cálculo de estabilidad del talud sur del pozo disipador del aliviadero

Este talud es el de mayor importancia en el Proyecto Tocoma debido a las condiciones

de energía al que va a ser expuesto, y porque su deterioro comprometería la estabilidad

de las estructuras de concreto del Aliviadero. En las siguientes tablas se adjuntan los

cálculos para la determinación del Factor de Seguridad. Ver tabla 7.1


108

Tabla 7.1 Cálculo de estabilidad para el Talud Sur del Pozo Disipador del

Aliviadero

Método Ing. Roberto Ucar Navarro

Buzamiento de la

diaclasa α (°)

Buzamiento del talud β

(°)

Angulo de

fricción interno Φ (°)

Coeficiente sísmico

horizontal (Kh)

Coeficiente sísmico vertical

(Kv)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Factor de peso ψ1 = γwH1

2/2 (kN/m)

Talud sur del pozo disipador 41 54 35 0,16020408 0,09432015 9,81 883,54935 35 54 35 0,16020408 0,09432015 9,81 1548,5054

Continuación de la Tabla 7.1


Nivel Freatico H1 (m)

Factor debido al

agua ψ=(q.H+γ(H2

+ H12)/2) +

γsat.H12/2

(kN/m)

Altura del

Talud H (m)

Sobrecarga q (kN/m2)

Peso unitario del agua

yw (kN/m3)

Peso unitario del macizo rocoso γ (kN/m3)

Peso unitario

sumergido γsat

(kN/m3)

k=[kh2 +

(1+kv)2]1/2

Talud sur del pozo disipador 8,09 4968,181896 12 129 9,81 27 18,11 1,1059846

10,71 6079,150976 12 129 9,81 27 18,11 1,1059846 Continuación de la Tabla 7.1


Angulo de R tan(ε)=kh/(1+kv) ε (°)

Peso de la cuña

WT (kN/m)

Aceleración Horizontal ah (m/seg2)

Fuerza sísmica

horizontal Fh (kN/m)

Fuerza sísmica vertical

Fv (kN/m)

Fuerza del agua

que actúa

sobre la cara del talud U (kN/m)

Resultantes de las

fuerzas actuantes R

(kN/m)

Talud sur del pozo disipador 0,1464 8,3287 2105,64 1,57 337,33277 198,605 180,2784 2328,80991 0,1464 8,3287 4265,17 1,57 683,29694 402,291 481,8883 4717,20752


109



Resistencia la corte C (kN/m2)

k1 = ψ1/(k.ψ)

k2 = (C.H/ψ.k) . Sen β (m)

Factor de seguridad

FS

Talud sur del pozo disipador 350 0,160799 0,61838702 4,03 350 0,230314 0,50537636 2,72

7.1.2 Cálculo de estabilidad del talud oeste del pozo disipador del aliviadero

Este talud es de menor importancia que el sur, pero podría incidir en dicho talud debido

a las condiciones de reflujo que se pueden presentar en el caso que se desprendiera

algún bloque, además su tope servirá de fundación al Dique “G”, cuya estabilidad

garantiza inicialmente la continuidad de los trabajos de construcción y posteriormente el

máximo aprovechamiento de la energía por la casa de máquinas, por estas razones se

realizan los cálculos de estabilidad. Ver tabla 7.2

Tabla 7.2 Cálculos de estabilidad para el Talud Oeste del Pozo Disipador del

Aliviadero


Buzamiento de la

diaclasa α (°)


(°)

Angulo de



horizontal (Kh)


(Kv)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Factor de peso ψ1

= γwH12/2

(kN/m)

Talud oeste del pozo disipador 39 82 35 0,16020408 0,09432015 9,81 864 41 82 35 0,16020408 0,09432015 9,81 661,5


110




Factor debido al

agua ψ=(q.H+γ(H2

+ H12)/2) +

γsat.H12/2

(kN/m)

Altura del

Talud H (m)



yw (kN/m3)


Peso unitario

sumergido γsat

(kN/m3)

k=[kh2 +

(1+kv)2]1/2

Talud oeste del pozo disipador 8 3387,52 12 0 9,81 27 18,11 1,1059846 7 3049,195 12 0 9,81 27 18,11 1,1059846




Peso de la cuña

WT (kN/m)


Fuerza sísmica



Fv (kN/m)

Fuerza del agua

que actúa


Resultantes de las

fuerzas actuantes R

(kN/m)

Talud oeste del pozo disipador 0,1464 8,3287 3707,15 1,57 593,90119 349,659 442,0538 4100,05517 0,1464 8,3287 3079,16 1,57 493,29419 290,427 321,5899 3405,50487




k1 = ψ1/(k.ψ)

k2 = (C.H/ψ.k) . Sen β (m)

Factor de seguridad

FS

Talud oeste del pozo disipador 350 0,230612 1,11012304 2,58 350 0,196153 1,23329731 2,84


111

7.1.3 Cálculo de estabilidad del talud este del pozo disipador del aliviadero

Este talud, al igual que el anterior, no posee gran jerarquía pero podría causar daños

sobre la cara del talud sur por el desprendimiento de bloques. Por la misma razón que la

del talud oeste se realizan los cálculos de estabilidad. Ver tabla 7.3

Tabla 7.3 Cálculos de estabilidad para el Talud Este del Pozo Disipador del

Aliviadero


Buzamiento de la

diaclasa α (°)


(°)

Angulo de



horizontal (Kh)


(Kv)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Factor de peso ψ1

= γwH12/2

(kN/m)

Talud este del pozo disipador 61 82 35 0,16020408 0,09432015 9,81 1093,5 65 82 35 0,16020408 0,09432015 9,81 1350




Factor debido al

agua ψ=(q.H+γ(H2

+ H12)/2) +

γsat.H12/2

(kN/m)

Altura del

Talud H (m)



yw (kN/m3)


Peso unitario

sumergido γsat

(kN/m3)

k=[kh2 +

(1+kv)2]1/2

Talud este del pozo disipador 9 3770,955 12 0 9,81 27 18,11 1,1059846

10 4199,5 12 0 9,81 27 18,11 1,1059846


112




Peso de la cuña

WT (kN/m)


Fuerza sísmica



Fv (kN/m)

Fuerza del agua

que actúa


Resultantes de las

fuerzas actuantes R

(kN/m)

Talud este del pozo disipador 0,1464 8,3287 1560,3 1,57 249,96664 147,168 339,0861 1725,66924 0,1464 8,3287 1368,06 1,57 219,16844 129,035 378,0921 1513,05084




k1 = ψ1/(k.ψ)

k2 = (C.H/ψ.k) . Sen β (m)

Factor de seguridad

FS

Talud este del pozo disipador 350 0,262191 0,99724446 2,83 350 0,290661 0,89547899 2,90

7.2 Cálculo de estabilidad de taludes utilizando el método propuesto por el Prof.

Jaime Suárez Díaz.

Este método es tan cuidadoso como el del Prof. Ucar, pero a diferencia del anterior se

incluye en los cálculos del factor de seguridad la tensión de los anclajes (en el caso que

sea necesario recurrir al uso de tensores), la morfología del talud y la aceleración

sísmica.


113


Este talud es el de mayor importancia en el Proyecto Tocoma debido a las altas

condiciones de energía hidráulica que va a ser expuesto. En las siguientes tablas se

adjuntan los cálculos para la determinación del Factor de Seguridad y la tensión

necesaria para obtener un talud estable para le envergadura de esta obra. Ver tabla 7.4

Tabla 7.4 Cálculos de estabilidad para el Talud Sur del Pozo Disipador del

Aliviadero

Método Jaime Suárez Díaz

Altura del

Talud H (m)

Inclinación del talud ψf (°)

Inclinación de la

corona ψa (°)

Angulo de

fricción Φ (º)

Inclinación del plano

de falla ψp (°)

Distancia de la

grieta b (m)

Aceleración sísmica a (m/seg2)

Inclinación de los

tensores a la normal a la falla Φ

(°)

Talud sur del pozo disipador 12 54 0 35 41 0 1,57 49 12 54 0 35 35 0 1,57 55



Cohesión c

(kN/m2)

Densidad de la

roca yr (kN/m3)

Densidad del agua

yw (kN/m3)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)

Profundidad de la grieta

Z (m)

Fuerza de subpresión del agua U

(kN/m)

Fuerza de empuje del

agua V (kN/m)

Peso del bloque W

(kN/m)

Talud sur del pozo disipador 350 18,11 9,81 8,09 4,421114591 458,4056451 321,0229305 349,0298037350 18,11 9,81 10,71 5,895233341 559,1215738 562,6236105 465,4057462



Área de la superficie de falla A (m)

X Factor de seguridad

FS

Tensión de

pernos o

anclajes T

(kN/m)Talud sur del pozo disipador

11,55213948 0,368426216 3,96 0 10,64333587 0,491269445 2,32 0


114


La importancia de este talud no es mayor que la del talud sur, pero las condiciones de

inestabilidad son evidentes y por lo tanto es necesario calcular el factor de seguridad en

función de la tensión de los anclajes como se muestra en tabla 7.5


Aliviadero

Metodo Jaime Suárez Díaz

Altura del

Talud H (m)


Inclinación de la

corona ψa (°)

Angulo de

fricción Φ (º)


de falla ψp (°)

Distancia de la

grieta b (m)


Inclinación de los


(°)

Talud oeste del pozo disipador 12 82 0 35 39 0 1,57 51 12 82 0 35 41 0 1,57 49



Cohesión c

(kN/m2)

Densidad de la

roca yr (kN/m3)

Densidad del agua

yw (kN/m3)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)


Z (m)


(kN/m)

Fuerza de

empuje del

agua V (kN/m)

Peso del bloque W

(kN/m)

Talud oeste del pozo disipador 350 18,11 9,81 8 10,63430731 85,15500501 313,92 162,3982839 350 18,11 9,81 7 10,5339566 76,72571838 240,345 160,8658114


115





FS

Tensión de

pernos o

anclajes T

(kN/m)Talud oeste del pozo disipador

2,170107161 0,886192276 0,99 0 2,234621185 0,877829716 1,23 0


Las condiciones geológicas de este talud son favorables con respecto al talud sur,

debido a que el diaclasamiento es mucho menor que en el talud oeste, por lo tanto posee

menos probabilidad de afectar al talud sur. Esta condición se aprecia en la tabla

siguiente:


Aliviadero


Altura del

Talud H (m)


Inclinación de la

corona ψa (°)

Angulo de

fricción Φ (º)


de falla ψp (°)

Distancia de la

grieta b (m)


Inclinación de los


(°)

Talud este del pozo disipador 12 82 0 35 61 0 1,57 29 12 82 0 35 65 0 1,57 25


116



Cohesión c

(kN/m2)

Densidad de la

roca yr (kN/m3)

Densidad del agua

yw (kN/m3)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)


Z (m)


(kN/m)

Fuerza de

empuje del

agua V (kN/m)

Peso del bloque W

(kN/m)

Talud este del pozo disipador 350 18,11 9,81 9 8,957491472 153,5656445 397,305 136,791349 350 18,11 9,81 10 8,383310488 195,7377208 490,5 128,0229353





FS

Tensión de

pernos o

anclajes T

(kN/m)Talud este del pozo disipador

3,478664503 0,746457623 1,88 0 3,990575347 0,698609207 2,10 0

7.3 Cálculo de estabilidad de taludes utilizado por la Asociación de Ingenieros de

Minas del Ecuador

Este método se utiliza básicamente para la estabilización de taludes en explotaciones de

minas a cielo abierto, aunque no incluye factores tan importantes como lo son la

aceleración sísmica y la tensión de los anclajes.


Con motivo a la exposición del alto potencial hidráulico al que va a estar sometido este

talud se hace necesario realizar los cálculos de estabilidad como son mostrados en la

tabla 7.7


117

Tabla 7.7 Cálculos de estabilidad para el Talud Sur del Pozo Disipador del

Aliviadero

Método Asociacion de Ingenieros de Minas del Ecuador

Altura del

Talud H (m)


Z (m)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)



de falla ψp (°)

Inclinación del talud ψt (°)

Resultante de las

presiones intersticiales

U (kN/m)

Talud sur del pozo disipador 12 0 8,09 5,959829569 41 54 236,4946791 12 0 10,71 2,249046366 35 54 118,1481407


Método Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador Resultante

de las presiones

intersticiales que actual en el plano de falla V

(kN/m)

Cohesión c`

(kN/m2)

Angulo de


Peso unitario

del macizo rocoso γ

(kN/m3)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Peso del bloque W

(kN/m)

Factor de seguridad

FS

Talud sur del pozo disipador 321,0229305 350 35 18,11 9,81 552,6350404 3,41 562,6236105 350 35 18,11 9,81 914,8374158 1,02


Los índices de inestabilidad en este talud son evidentes; Su alto contenido de diaclasas y

el pequeño tamaño de los bloques lo tornan altamente peligroso para la estabilidad del

talud sur. La tabla 7.8 muestra los cálculos y evidencian dicha inestabilidad.


118


Aliviadero


Altura del

Talud H (m)


Z (m)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)



de falla ψp (°)


Resultante de las


U (kN/m)

Talud oeste del pozo disipador 12 0 8 6,356062916 39 82 249,4119088 12 0 7 7,621265434 41 82 261,6761487



de las presiones


(kN/m)

Cohesión c`

(kN/m2)

Angulo de


Peso unitario


(kN/m3)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Peso del bloque W

(kN/m)

Factor de seguridad

FS

Talud oeste del pozo disipador 313,92 350 35 18,11 9,81 1426,953095 2,35

240,345 350 35 18,11 9,81 1316,734368 2,94


La importancia de los cálculos de estabilidad para este talud es alta debido a que es

influyente sobre el talud sur por su bajo factor de seguridad ofrecido por este método

como se muestra en la siguiente tabla.


119


Aliviadero


Altura del

Talud H (m)


Z (m)

Altura del

agua en la grieta

Zw (m)



de falla ψp (°)


Resultante de las


U (kN/m)

Talud este del pozo disipador 12 0 9 3,430062204 61 82 151,420096 12 0 10 2,206755838 65 82 108,2413739



de las presiones


(kN/m)

Cohesión c`

(kN/m2)

Angulo de


Peso unitario


(kN/m3)

Densidad del agua

γw (kN/m3)

Peso del bloque W

(kN/m)

Factor de seguridad

FS

Talud este del pozo disipador 397,305 350 35 18,11 9,81 539,5206532 1,56 490,5 350 35 18,11 9,81 424,7738764 0,86

CARPIO, E. Análisis de Resultados ______________________________________________________________________

120

CAPITULO VIII

ANÁLISIS DE RESULTADOS

8.1 Caracterización geológica por medio de perforaciones

Las perforaciones con recuperación de núcleo en todo tipo de obra o estudio geotécnico

son de gran importancia por proveer información clara y concisa directamente del

subsuelo tales como espesor de capas, porcentaje de recuperación (R.Q.D.), tipo de

material, ángulo de las diaclasas (aunque no su orientación) y la calidad del suelo (SPT)

o la roca. Para el caso del Proyecto Tocoma es de muy alta importancia obtener la

información suficientemente necesaria para el diseño de las macroestructuras.

Estas perforaciones también suministran una importante información geológica que es

vital para la caracterización de la zona de estudio, y con ello realizar un mapa

geológico. En las tablas que se presentan a continuación se muestra la información

ofrecida por los núcleos recuperados de las perforaciones en algunas zonas importantes

del proyecto, que para la finalidad de este trabajo son de gran valor geológico y

geotécnico.


121

Tabla 8.1 Resumen de las perforaciones realizadas en la zona de fundación del

aliviadero

PERFORACION MATERIAL TIPO ESPESOR

(m) RQD (%) CALIDAD SUELO GRANULAR 4,2 N/A N/A PT-36

METAMORFICA GNEIS 45,79 90 EXCELENTESUELO GRANULAR 3 N/A N/A PT-49

METAMORFICA GNEIS 41,94 95 EXCELENTESUELO GRANULAR 1,52 N/A N/A PT-136



METAMORFICA GNEIS 23,8 90 EXCELENTEN/A N/A 0 N/A N/A PT-153

METAMORFICA GNEIS 35,14 85 BUENA SUELO GRANULAR 1 N/A N/A PT-156

METAMORFICA GNEIS 27 90 EXCELENTESUELO GRANULAR 1,07 N/A N/A PT-196



METAMORFICA ANFIBOLITA 19,3 85 BUENA SUELO GRANULAR 2,95 N/A N/A PT-240






METAMORFICA GNEIS 17,53 80 BUENA SUELO GRANULAR 0,4 N/A N/A PT-375

METAMORFICA GNEIS 19,69 70 REGULAR


122

N/A N/A 0 N/A N/A PT-378 METAMORFICA GNEIS 21,57 85 BUENA

SUELO GRANULAR 0,24 N/A N/A PT-380 METAMORFICA GNEIS 21,46 80 BUENA

SUELO GRANULAR 0,57 N/A N/A PT-382 METAMORFICA GNEIS 20,57 90 EXCELENTE

N/A N/A 0 N/A N/A PT-384 METAMORFICA GNEIS 21,07 90 EXCELENTE





SUELO GRANULAR 1,2 N/A N/A PT-389 METAMORFICA ANFIBOLITA 20,36 90 EXCELENTE

SUELO GRANULAR 0,5 N/A N/A PT-392 METAMORFICA GNEIS 29,56 70 REGULAR



N/A N/A 0 N/A N/A PT-511 METAMORFICA GNEIS 14,18 70 REGULAR




SUELO GRANULAR 1,2 N/A N/A PT-531 METAMORFICA ANFIBOLITA 13,78 85 BUENA


SUELO RELLENO 11,54 N/A N/A PT-538 METAMORFICA GNEIS 10,67 90 EXCELENTE


PT-540 SUELO GRANULAR 0,45 N/A N/A


123

METAMORFICA GNEIS 14,02 90 EXCELENTE


N/A GRANULAR 0 N/A N/A PT-542 METAMORFICA GNEIS 14,1 100 EXCELENTE






N/A N/A 0 N/A N/A PT-551 METAMORFICA ANFIBOLITA 15,43 90 EXCELENTE



De la tabla 8.1 se puede comprobar la geología estudiada por muestras de mano y la

bibliografía consultada. También se obtiene que el tipo de roca domínate es el gneis con

un promedio de 20 metros de espesor con un porcentaje de R.Q.D. que varia entre los

70% y 100% obteniendo una calidad de roca de buena a excelente; y el suelo es

netamente granular, es decir, arenas provenientes de los sedimentos procedentes de

aguas arriba de la zona de estudio; este suelo tiene un espesor promedio de 2 metros

(Todo el material de cobertura de la zona fue retirado, antes de las voladuras). En la

Figura 8.1 se observa la perforación PT-549 y la manera como se almacenan los

núcleos.


124

Figura 8.1 perforación PT-549 y forma de almacenamiento

Tabla 8.2 Resumen de las perforaciones realizadas en la zona del pozo disipador de

energía del aliviadero


(m) RQD (%) CALIDAD SUELO GRANULAR 3,42 N/A N/A PT-33



METAMORFICA GNEIS 16,25 95 BUENA


125

SUELO GRANULAR 1,1 N/A N/A PT-154





METAMORFICA GNEIS 22 85 BUENA

De las perforaciones realizadas en la zona del pozo disipador de energía del aliviadero

se puede deducir que el tipo de roca dominante es el gneis con un espesor promedio

perforado de 18 metros con alto porcentaje de R.Q.D. y calidad buena a excelente. En lo

que respecta al suelo, se obtiene un espesor promedio de 3 metros con características

idénticas al obtenido en las perforaciones de la zona de fundación del aliviadero.

Tabla 8.3 Resumen de las perforaciones realizadas en la zona de construcción del

Dique G


(m) RQD (%) CALIDAD SUELO GRANULAR 2 N/A N/A PT-135


METAMORFICA ANFIBOLITA 14,5 95 EXCELENTESUELO GRANULAR 4,17 N/A N/A PT-180



METAMORFICA GNEIS 40,36 70 REGULAR PT-303 SUELO GRANULAR 6,2 N/A N/A


126






METAMORFICA GNEIS 15,25 100 EXCELENTESUELO RELLENO 0,6 N/A N/A PT-548

METAMORFICA GNEIS 19,25 100 EXCELENTE

El dique G es una estructura de concreto ubicada entre el canal de descarga y el pozo

disipador de energía con la finalidad de desviar el agua proveniente del aliviadero y

separarla de la turbinada conducida por el canal de descarga para no generar mayores

niveles de restitución en la zona de descarga de la casa de máquinas, y por ende lograr

una mayor energía. Durante la fase final de construcción permite la operación de los

ductos de fondo del aliviadero mientras se culmina la excavación del canal de descarga.

De la tabla 8.3 se obtiene que el tipo de roca fundamental es gneis con espesor

promedio perforado de 21 metros, con porcentaje de R.Q.D. variable de 70% a 100% de

buena calidad. En lo que respecta al suelo se calcula un promedio de espesor de 3,2

metros con características similares a las encontradas en el pozo disipador y el

aliviadero. Es importante indicar que en esta zona, al igual que en los otros proyectos

del bajo Caroní, la calidad de la roca tiende a mejorar con la profundidad.


127

8.2 Clasificación geomecánica de los taludes Al momento de clasificar los taludes geomecánicamente es esencial obtener los

promedios de los datos calculados. El R.Q.D. es necesario promediarlo. Se utilizan

valores máximos y mínimos dentro de las cotas relativas de los taludes a calcular. En las

tablas siguientes, se muestra para cada talud el valor de los promedios los cuales son

utilizados en clasificación geomecánica.


128

Tabla 8.4 clasificación geomecánica del talud Sur pozo disipador

Familia Abertura (mm)

Persistencia (m)

Rugosidad Relleno Meteor. Flujo RQD (%)

Resist. (MPa)

Esp. (m)

RMR (%)

N33°E – 41°NW 1 6.14 A No Lig. Seca 88 >250 6,125 86 N57°W – 35°NE 2,75 12,83 W No Lig. Seca 88 “ 2,5 86

E-W – 84°S 1 6 Lig.A No Lig. Seca 88 “ 17 83 PROMEDIO 85

RMR f1 f2 f3 f4 SMR

N33°E – 41°NW 86 0,15 0,85 -60 +10 88 N57°W – 35°NE 86 0,85 0,85 -60 +10 53

E-W – 84°S 83 0,15 1 -25 +10 89 PROMEDIO 77


129

Tabla 8.5 Clasificación geomecánica del talud Oeste pozo disipador


Persistencia (m)


Resist. (MPa)

Esp. (m)

RMR (%)

E-W – 71°N 2 8,1 A no No seca 40 100-250 5,25 75 N17°E – 39°NW 1,5 7 A No Mod. Seca “ “ 2,014 72 N48°W – 41°NE 1,66 4,25 A No Lig. Seca “ “ 1,93 69 N27°E – 17°SE 2,66 6,66 A No Lig Seca “ “ 1,25 69 PROMEDIO 71

RMR f1 f2 f3 f4 SMR

E-W – 71°N 75 0,15 1 -60 +10 76 N17°E – 39°NW 72 1 1 -25 +10 57 N48°W – 41°NE 69 0,15 0,85 -60 +10 71 N27°E – 17°SE 69 0,85 0,15 -60 +10 71 PROMEDIO 69


130

Tabla 8.6 Clasificación geomecánica del talud Este pozo disipador


Persistencia (m)


Resist. (MPa)

Esp. (m)

RMR(%)

N50°W – 61°NE 2,6 7,36 A No Lig. Seca 75 100-250

6,70 79

N41°W – 40°SW 2,71 4,77 A No Lig. Seca “ “ 6,125 79 N franco – 47°W 4 2,5 W Si - No. No Seca “ “ 10 81 N46°E – 65°NW 4 2,83 A No Lig. Seca-semi-

Flujo “ “ 0,78 74

PROMEDIO 78

RMR f1 f2 f3 f4 SMR N50°W – 61°NE 79 0,15 1 -60 +10 80 N41°W – 40°SW 79 0,15 0,85 -60 +10 81 N franco – 47°W 81 0,70 1 -60 +10 49 N46°E – 65°NW 74 0,40 1 -60 +10 60

PROMEDIO 68


131

Los resultados obtenidos son variables para cada talud, mostrando un promedio de 85

puntos para el talud sur del pozo disipador. Con el promedio de todos los taludes se

calcula un puntaje general para realizar una aplicación colectiva para el pozo disipador

de energía del aliviadero, siendo el SMR de 71.

Estos 76 puntos de promedio se utilizan para determinar el ángulo de fricción del gneis,

la clase geomecánica y la cohesión de la roca, como lo propone la clasificación.

Utilizando la clasificación de Bieniawki, los valores incluidos entre 61 y 80 puntos se

consideran como Roca de Clase II Buena. El ángulo de fricción interno comprendido

para esta clase de roca varia entre 35° y 45°. La cohesión para el macizo rocoso esta

entre 300 y 400 KPa.

El ángulo de fricción utilizado para el cálculo de estabilidad de taludes es de 35°, así

como la cohesión es 350 KPa, para obtener los valores óptimos de factor de seguridad.

8.3 Análisis de estabilidad de taludes

A continuación se presenta un análisis de las condiciones geométricas existentes en cada

uno de los taludes estudiados por los diferentes métodos de estabilización. Las

condiciones cinemáticas fueron obtenidas en el capitulo VII de este trabajo.

Estas condiciones geométricas, entre el talud y las discontinuidades, son evaluados

directamente sobre las tablas de los cálculos de estabilidad de taludes, siguiendo los

criterios empleados para la falla tipo planar explicada en el marco teórico,


132

específicamente en el punto 5.9.1 Análisis de falla plana, el cual se puede visualizar en

el Capitulo V.

Motivado a la envergadura de la obra y también la entrada en funcionamiento del

aliviadero, para este talud, teóricamente se debe adoptar un factor de seguridad con un

valor de 2,5 ya que posteriormente a la entrada en operación de los ductos de fondo del

aliviadero, durante el segundo desvío, no se podrá realizar ningún tipo de

mantenimiento o de estabilización al talud sur del pozo disipador de energía.

8.1.1 Talud sur del pozo disipador de energía del aliviadero

Observando la las Tablas 7.1, 7.4 y 7.7, se puede apreciar que existen notables

diferencias en los que respecta al factor de seguridad arrojado por los distintos métodos

de cálculo de estabilidad utilizados para este proyecto, como se evalúa en el cuadro

siguiente:

Cuadro 8.1 Factor de seguridad y parámetros evaluados para el talud sur del pozo

disipador.

MÉTODO

Buz

amie

nto

de la

di

scon

tinui

dad

Buz

amie

nto

del T

alud

Sobr

ecar

ga

Ten

sión

de

los a

ncla

jes

Ace

lera

ción

sísm

ica

Fact

or d

e se

guri

dad

41° 54 No No No 3,41 AIME 35° 54 No No No 1,02 41° 54 No Si Si 3,96 Jaime Suárez Díaz 35° 54 No Si Si 2,32 41° 54 Si No Si 4,03

Roberto Ucar 35° 54 Si No Si 2,72


133

Del cuadro 8.1 se puede deducir que por los altos factores de seguridad que proveen los

métodos de estabilidad este talud cuenta con la firmeza suficiente para no aplicar algún

tratamiento de estabilidad, sin embargo hay que tomar en cuenta que este plano rocoso

va a estar sumergido completamente, sugiriendo algun metodo de estabilización sin

anclajes activos con la finalidad de prolongar la vida útil del talud

8.1.2 Talud oeste del pozo disipador de energía del aliviadero

Apreciando los resultados de los cálculos de estabilidad en las Tablas 7.2, 7.5 y

7.8, al igual que en el caso del Talud Sur, existen diferencias en los factores de

seguridad expuestos por los métodos aplicados. Los parámetros evaluados y los

resultados se observan en el siguiente cuadro:

Cuadro 8.2 Factor de seguridad y parámetros evaluados para el talud oeste del

pozo disipador.

MÉTODO

Buz

amie

nto

de la

di

scon

tinui

dad

Buz

amie

nto

del T

alud

Sobr

ecar

ga

Ten

sión

de

los a

ncla

jes

Ace

lera

ción

sísm

ica

Fact

or d

e se

guri

dad

39° 84 No No No 2,35 AIME 41° 84 No No No 2,94 39° 84 No Si Si 0,99 Jaime Suárez Díaz 41° 84 No Si Si 1,23 39° 84 Si No Si 2,58 Roberto Ucar 41° 84 Si No Si 2,84


134

Los resultados arrojados indican que este talud es estable, con la excepción del método

del Prof Suarez para la familia de diaclasas de 39°, en condiciones, sin embargo hay que

tomar en cuenta que este talud va a estar completamente sumergido por un largo periodo

de tiempo, teniendo como consecuencia la disminución de la cohesión de la roca y por

lo tanto el descenso del factor de seguridad, pero a diferencia del talud sur, este plano

inclinado no va a soportar tanto la fuerza hidráulica que, teóricamente, va a estar

sometido el pozo de disipación de energía.

8.1.3 Talud este del pozo disipador de energía del aliviadero

En los cálculos de estabilidad mostrados en las Tablas 7.3, 7.6 y 7.6 (Capitulo

VII) persisten las diferencias entre los factores de seguridad como se observan en el

Cuadro 8.4

Cuadro 8.3 Factor de seguridad y parámetros evaluados para el talud este del pozo

disipador.

MÉ

TO

DO

Buz

amie

nto

de la

di

scon

tinui

dad

Buz

amie

nto

del T

alud

Sobr

ecar

ga

Ten

sión

de

los a

ncla

jes

Ace

lera

ción

sísm

ica

Fact

or d

e se

guri

dad

61° 84 No No No 1,25 AIME 65° 84 No No No 0,73 61° 84 No Si Si 1,88 Jaime Suárez Díaz 65° 84 No Si Si 2,10 61° 84 Si No Si 2,83 Roberto Ucar 65° 84 Si No Si 2,90


135

Se puede inducir del Cuadro 8.4 que el talud este del pozo disipador presenta una neta

estabilidad para condiciones no drenadas, pero al igual que los taludes evaluados

anteriormente, este talud va a estar en condiciones completamente drenadas la cual

genera una disminución significativa de la cohesión de la roca por lo que a través del

tiempo se podría tornar inestable, teniendo como consecuencia el desprendimiento de

alguno de los bloques y por el reflujo que se genera en el pozo disipador existe una alta

probabilidad de afectar el talud sur dando como consecuencia la posible afectación de la

losa de fundación del aliviadero.

La afectación al talud sur por desprendimiento de bloques de los taludes este y oeste es

teóricamente peligroso, debido a que se cambiarían las condiciones de flujo de agua en

el pozo disipador. Además los bloques sueltos serían arrastrados por el flujo de

recirculación evidenciado en el modelo, produciendo el deterioro por impacto de todos

los taludes.

Analizando los tres métodos utilizados para el cálculo de estabilidad de los taludes del

pozo disipador de energía se toma como más confiable el método del Prof. Roberto

Ucar, debido a que este toma en cuenta parámetros tanto geométricos como externos,

los cuales son de gran importancia, tales como la aceleración sísmica, sobrecarga y

coeficientes calculados combinado la densidad del agua, la densidad de la roca, la

aceleración sísmica y la sobrecarga que sufrirá el talud a estudiar.


136

Estos análisis de estabilidad permiten prever posibles fallas de tipo planar, lo cual limita

a un estudio netamente bidimensional; aunque se podría realizar un estudio

estereográfico para comprobar los posibles tipos de fallas que se formaran y el impacto

que generaría en la geometría de los taludes del pozo disipador.

Adicionalmente, en vista del grado de fracturamiento que presentan localmente los

taludes este y oeste, se recomienda la remoción de estos sectores mediante

retroexcavadoras, de manera de impedir el efecto de trituración por impacto de bloque

arrastrados.

En el siguiente cuadro se resumen las condiciones generales litológicas presentes en el

Proyecto Tocoma:


137

Cuadro 8.4 Resumen de las características de la roca perteneciente al Proyecto Tocoma

PARÁMETROS DE LA ROCA COORDENADAS

CARACTERIZACIÓN DE LA ROCA

LIT

OL

OG

ÍA

TIP

O

ME

TE

OR

IZA

CIÓ

N

CL

ASE

(BIE

NA

SWK

I)

CO

HE

SIÓ

N c

´ (k

N/m

2 )

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GU

LO

DE

FR

ICC

IÓN

Φ

(°)

DE

NSI

DA

D D

E

LA

RO

CA

У

(kN

/m3 ) TALUD

NORTE ESTE

Buz

amie

nto

de la

di

scon

tinui

dad

Buz

amie

nto

del

Tal

ud

GEOLOGÍA

178198.13 80258.01 D1 41° 54° SUR 178207.14 80236.43 D2 35° 54°

178236.47 80181.07 D1 39° 82° OESTE 178254.80 80187.09 D2 41° 82°

178184.97 80344.10 D1 61° 82°

ESTRUCTURA DE LA ROCA

ME

TA

MÓ

RFI

CA

CO

MPL

EJO

IM

AT

AC

A

GN

EIS

LIG

ER

AM

EN

TE

ME

TE

OR

IZA

DA

CL

ASE

II -

RO

CA

BU

EN

A

350 35 27

ESTE 178210.68 80359.41 D2 65° 82°

CARPIO, E. Conclusiones y Recomendaciones ______________________________________________________________________

139

CAPITULO IX

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

9.1 Conclusiones

9.1.1 Geológicas

Una vez descrita la litología existente, por medio de 40 muestras de mano y 9 secciones

finas, en la zona estudiada se puedo caracterizar una sola unidad de rocas con respecto a

la proporción litológica, la forma en que están dispuestas y las estructuras geológicas

que muestran.

La unidad establecida informalmente como unidad A, fue correlacionada con las

unidades formales descritas en la bibliografía consultada y los resultados obtenidos de

las petrografias realizadas, siendo muy similar a las características que esta señala, la

cual corresponde al Complejo Imataca del Macizo Guayanés, obteniendo como roca

caracteristica y abundante un gneis cuarzo feldespatico con variaciones en la cantidad

de epidotos, biotitas y granate, en menor proporcion anfibolitas piroxenicas y esquistos

anfiboliticos hacia la zona norte.

La complejidad estructural de la zona de estudio responde a los esfuerzos provenientes

de la Falla El Pao y la Falla de Rio Claro, dando como resultado un macizo altamente

cizallado y por lo tanto se genera una gran cantidad de discontinuidades afectando

directamente a la zona de fundación del aliviadero, por ende a los taludes del pozo

disipador del aliviadero.


140

9.1.2 Geomecánicas

• El macizo rocoso se clasifica de la siguiente manera:

• Roca de Buena calidad

• Clase II

• Angulo de fricción 35°

• cohesión 350 Kpa

Con el análisis cinemática de las familias de diaclasas características del Talud Sur del

Pozo Disipador de Energía, se pudo constatar el riesgo de generarse una falla tipo planar

únicamente, debido a que las familias 1 y 2 forman una falla de tipo cuña pero su

intersección se encuentra fuera del circulo de fricción presentando estabilidad

cinemática.

Los modelos de estabilidad propuestos son certeros, tomando en cuenta que los taludes,

para la fecha de estudio, se encuentran en condiciones no drenadas y por lo tanto

ofreciendo un valor promedio en el Factor de Seguridad

Para las condiciones drenadas de los taludes disminuye considerablemente el Factor de

Seguridad para todos los métodos de estabilidad de taludes utilizados para este estudio

en el pozo disipador de energía


141

El método Ucar (2002) es el de mayor confiabilidad geotécnica, debido a que incluye

parámetros que hacen más minucioso la obtención de un Factor de Seguridad acorde a

la obra.

9.2 Recomendaciones

Realizar los cálculos de estabilidad de taludes utilizando muestras de la zonas de presas

que hallan estado sumergidas por un largo periodo de tiempo (Central Hidroeléctrica

Raúl Leoni, 23 de enero o Caruachi) para calcularle la cohesión y aplicarla a los taludes

del pozo disipador de energía del aliviadero del Proyecto Tocoma, tomando en cuenta

previos ensayos de laboratorio de densidad de la roca saturada y ángulo de fricción

interno calculado.

Debido a la magnitud de la obra, es importante prever algún deslizamiento en los

taludes del pozo disipador utilizando la estabilización de taludes por medio de anclajes

activos, pantallas de concreto o relleno de las discontinuidades con inyecciones de

concreto con la finalidad de aumentar la cohesión y disminuir el ángulo de fricción

interno de la roca.

Adicionalmente, en vista del grado de fracturamiento que presentan localmente los

taludes este y oeste, se recomienda la remoción de estos sectores mediante

retroexcavadoras, de manera de impedir el efecto de trituración por impacto de bloque

arrastrados hacia el talud sur del pozo disipador.

CARPIO, E. Bibliografía ______________________________________________________________________

142

CAPITULO X

BIBLIOGRAFIA

AIME (2004). Parámetros geotécnicos y estabilidad de taludes. 16 de octubre 2005,

http://www.aimeecuador.org AMARISTA, M. (2004). Caracterización geológica del macizo rocoso para la

fundación de la presa izquierda y casa de maquina del Proyecto Hidroeléctrico Tocoma, Río Caroní, Estado Bolivar. Universidad de Oriente. Tesis de Grado, pp 85-90

ASCANIO, T. (1975). El Complejo Imataca en los alrededores del Cerro Bolivar. X

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de Geología, Publicación Especial Vol. I, pp 50-84

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rocoso asiento del los macrocomponentes del Proyecto Tocoma. Preparado por Geol. Valverde Talí, Departamento de Geología, pp 10-20

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Río Caroní, Proyecto Tocoma. Memorando de diseño civil, C31 “Aspectos Estructurales”. Departamento de Estructuras, pp 1-14


143

C.V.G ELECTRIFICACIÓN DEL CARONÍ C.A. (2003). Desarrollo hidroeléctrico del Río Caroní, Proyecto Tocoma. Memorando de diseño civil, C31 “Aspectos Generales”. Departamento de Gestión Ambiental, pp 1-65


Río Caroní, Proyecto Tocoma. Memorando de diseño civil, C31 “Aspectos Geológicos y Geotécnicos”. Departamento de Geología, pp 6-24


Río Caroní, Proyecto Tocoma. Memorando de diseño civil, C31 “Aspectos Hidráulicos”. Departamento de Hidráulica, pp 5-11

C.V.G ELECTRIFICACIÓN DEL CARONÍ C.A. Edelca (2004). Aspectos geológicos

del aliviadero y dique G. Departamento de Geología, pp 1-4 C.V.G ELECTRIFICACIÓN DEL CARONÍ C.A - (2004). Proyectos del Bajo Caroní –

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Guayana, Venezuela. Bol. de Geología, Vol. VII, N°13, Caracas, pp. 42-98. PALMSTRÖM, A. (2001). Measurment and characterization of rock mass jointing. Eds

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144

PETIT, S. (2002). Estudio geológico-geotécnico del área de fundación de las estructuras principales del Proyecto Tocoma. Universidad de Oriente. Tesis de Grado, pp 2-5

RATMIROFF, G. (1.965). Origen y metamorfismo del Paragneis del Complejo

Precambrico de Imataca: Cuadrilátero de Upata. Bolívar Venezuela, pp. 217-329.

ROMANA, M. (1993). Métodos de corrección de taludes según la clasificación

geomecánica SMR. III Simposio nacional sobre taludes y laderas, España, pp 575-600

SUAREZ, J (1993). Estabilidad y deslizamientos en zonas tropicales. Bogota,

Colombia. pp 141-144 UCAR, R. (2002) Manual de anclajes en obras de tierra. Sociedad Venezolana de

Geotecnia. Mérida, Venezuela, pp 54-122

CARPIO, E. Estudio Petrográfico _____________________________________________________________________

145

CAPITULO XI

ANEXO N° 1

ESTUDIO PETROGRAFICO

El estudio petrográfico se realizó en la zona oeste del Proyecto Tocoma (margen

izquierda), área principal del proyecto.

La sección levantada del Proyecto Tocoma, perteneciente al Complejo Imataca, está

representada en un 44% por gneis cuarzo feldespático epidótico, ubicado

específicamente en el área de construcción casa de máquinas, canal de descarga, presa

de enrocado y el aliviadero; el 11% por gneis plagioclásico cuarzoso biotítico

característico de la fundación del dique G, 11% constituido por gneis cuarzo

feldespático granatífero ubicado en el área que bordea la vía férrea, 11% por esquistos

anfibolíticos y el 11% restante por anfibolitas clinopiróxenica, de textura granoblástica

de tipo hipidioblástica, ambas litologías localizadas en el aliviadero.

La presencia en un 66% del área de una textura gneísica, en conjunto con un 11% de

textura esquistosa, evidencian el metamorfismo regional típico de la zona, dado a su

foliación regular, y la alternancia de minerales en bandas presentes y la facie

metamórfica correspondiente es epidoto-anfibolita y anfibolita.

A continuación se anexa las planillas correspondientes al estudio petrográfico.

.


146

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:27/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° AL-2 Muestra de mano: AL-2

1. GRANOBLÁSTICA 1. FOLIADA( ) Idioblástica ( ) Pizarra() Hipidioblástica ( ) Filítica( ) Xenoblástica (X) Esquistosa

( ) Gneísica

3. CATACLÁSTICA 4. PORFIDOBLÁSTICA( ) Brecha ( ) Porfidoblástica( ) Cataclástica ( ) Poiquiloblástica( ) Milonita ( ) Porfidoclástica Fotografía (sección fina):

1. Biotita (70%) 4. Cuarzo (2%)2. Muscovita (8%)3. Piroxeno (20%)

Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X

COMPOSICIÓN MINERALÓGICA

NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): ESQUISTO ANFIBOLÍTICO

2,2 mm


147

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:27/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° POZO-4 Muestra de mano: AL-1

1. GRANOBLÁSTICA 1. FOLIADA( ) Idioblástica ( ) Pizarra( ) Hipidioblástica ( ) Filítica( ) Xenoblástica ( ) Esquistosa

(X) Gneísica


1. Cuarzo (45%)2. Muscovita (5%)3. Epidoto (2%)4. Feldespato (45%)Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS CUARZO FELDESPÁTICO EPIDÓTICO

2,2 mm

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:18/04/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° AL-10 Muestra de mano: AL-10

1. GRANOBLÁSTICA 1. FOLIADA( ) Idioblástica ( ) Pizarra(X) Hipidioblástica ( ) Filítica( ) Xenoblástica ( ) Esquistosa

( ) Gneísica


1. Horblenda (35%) 4. Cuarzo (5%)2. Biotita (15%) 5. Clinopiroxeno (35%)3. Plagioclasa (5%) 6. Accesorios (5%)

Facie metamórfica: ANFIBOLITA Protolito:Ígneo

Objetivo: 4X

TEXTURA


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): ANFIBOLITA-CLINOPIROXENICA

2,2 mm


148

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:27/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° CD-4 Muestra de mano: CD-4


(X) Gneísica


1. Ortopiroxeno (25%) 5. Plagioclasa (20%)2. Microclino (10%) 6. Epidoto (5%)3. Hornblenda (5%) 7. Clinopiroxeno (15%)4. Cuarzo (20%)Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 10X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS PIROXÉNICO CUARZO FELDESPÁTICO

0,9 mm

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:4/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° CD-2 Muestra de mano: CD-2


(X) Gneísica


1. Biotita (10%) 5. Plagioclasa (30%)2. Cuarzo (40%) 6. Muscovita (5%)3. Microclino (8%) 7. Epidoto (2%)4. Granate (5%)Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS CUARZO FELDESPÁTICO BIOTÍTICO EPIDÓTICO

2,2 mm


149

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:27/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° PE-3 Muestra de mano: PE-3

1. GRANOBLÁSTICA 1. FOLIADA( ) Idioblástica ( ) Pizarra() Hipidioblástica ( ) Filítica( ) Xenoblástica ( ) Esquistosa

(X) Gneísica


1. Cuarzo (40%) 4. Biotita (5%)2. Plagioclasa (25%) 5. Microclino (10%)3. Epidoto (20%) 6. Anfíboles (5%)


Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS CUARZO-FELDESPÁTICO-EPIDÓTICO

2,2 mm

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:06/05/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° DIQUE G Muestra de mano: DIQUE-G


(X) Gneísica


1. Plagioclasa (40%) 4. Circón (5%)2. Biotita (25%)3. Cuarzo (35%)


Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS PLAGIOCLÁSICO CUARZOSO BIOTÍTICO

2,2 mm


150

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:02/05/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° CM-2-TA-W Muestra de mano: CM-2


(X) Gneísica


1. Plagioclasa (10%) 5. Biotita (3%)2. Microclino (30%) 6. Epidoto (3%)3. Cuarzo (47%)4. Hornblenda (5%)Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS CUARZO FELDESPÁTICO EPIDÓTICO

2,2 mm

Petrografiado por: EVENGERD C. Fecha:27/4/2005 Fotografía (Muestra de mano)Sección fina N° Z-1 Muestra de mano: Z-1


(X) Gneísica


1. Cuarzo (42%) 5. Feldespato (38%)2. Granate (15%)3. Epidoto (3%)4. Biotita (2%)Facie metamórfica: ANFIBOLITA EPIDOTO

Protolito:Ígneo

TEXTURA

Objetivo: 4X


NOMBRE DE LA ROCA (Textural Mineralógico): GNEIS CUARZO FELDESPÁTICO GRANATíFERO

2,2 mm


151

caracterizaciÓn geolÓgica y estabilizaciÓn del ...saber.ucv.ve/bitstream/123456789/14805/1/teg...

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